मैं स्पाइस के साथ एक एलईडी कैसे मॉडल करूं?

Question

स्पाइस (बर्कले v.3f5) के साथ एल ई डी मॉडल करने के लिए व्यवहार में डायोड मॉडिफ़ायर का क्या उपयोग किया जाता है? ये मेरे लिए उपलब्ध हैं:

#       Name    Parameter                    Units      Default Example  Area
1       IS      Saturation current             A         1e-14   1e-14    *
2       RS      Ohmic resistance               Ω         0       10       *
3       N       Emission coefficient           -         1       1.0
4       TT      Transit-time                   s         0       0.1ns
5       CJO     Zero-bias junction capacitance F         0       2pF      *
6       VJ      Junction potential             V         1       0.6
7       M       Grading coefficient            -         0.5     0.5
8       EG      Activation energy              eV        1.11    1.11 Si
                                                                 0.69 Sbd
                                                                 0.67 Ge
9       XTI     Saturation-current temperature exponent  3.0     3.0 jn
                                                                 2.0 Sbd
10      KF      Flicker noise coefficient      -         0
11    AF      Flicker noise exponent         -         1
12    FC      Coeff. for for.-bias dep. cap. formula   0.5
13    BV      Reverse breakdown voltage      V         ∞       40.0
14    IBV     Current at breakdown voltage   A         1.0e-3
15    TNOM    Parameter measurement temp.    °C        27      50

३.४.२ डायोड मॉडल (डी) डायोड
की डीसी विशेषताओं को आईएस और एन। एक ओमिक प्रतिरोध, आरएस के मापदंडों द्वारा निर्धारित किया जाता है। चार्ज भंडारण प्रभाव एक पारगमन समय, टीटी, और एक nonlinear घटाव परत समाई द्वारा निर्धारित किया जाता है जो कि सीजेओ, वीजे, और एम द्वारा निर्धारित किया जाता है। संतृप्ति वर्तमान का तापमान निर्भरता ईजी, ऊर्जा और एक्सटीआई, द्वारा परिभाषित किया गया है। संतृप्ति वर्तमान तापमान घातांक। नाममात्र तापमान जिस पर इन मापदंडों को मापा गया था वह TNOM है, जो सर्किट पर व्यापक मान को डिफॉल्ट करता है। रिवर्स ब्रेकडाउन को रिवर्स डायोड करंट में एक घातीय वृद्धि द्वारा मॉडलिंग की जाती है और इसे बीवी और आईबीवी (दोनों पॉजिटिव नंबर हैं) मापदंडों द्वारा निर्धारित किया जाता है।

उदाहरण के लिए, इस मूल, सस्ते लाल का उपयोग करके:

मुझे उच्च-आवृत्ति विशेषताओं के बारे में अधिक परवाह नहीं है - बस अपने ऑपरेटिंग स्पेक्स (-10uA / -5V के रिसाव से + 100mA / + 2.2 ^'ish V आगे) के भीतर IV-वक्र से मेल खाने में सक्षम होना चाहेंगे :

Answer 1

जैसा कि आपने कहा, एक डायोड की डीसी प्रतिक्रिया को निर्देशित करने वाले 3 पैरामीटर हैं। वे संतृप्ति वर्तमान ( आईएस ), उत्सर्जन गुणांक ( एन ), और ओमिक प्रतिरोध ( आरएस ) हैं। मैं काफी उच्च सटीकता के साथ वक्र फिट करने में सक्षम था, इसलिए मैं अपनी मॉडल प्रक्रिया का दस्तावेजीकरण करूंगा।

डायोड के लिए SPICE मॉडल स्कॉकली डायोड समीकरण से निकटता से मेल खाता है:

If = IS(e^(Vf/(N*Vt)) - 1)

जहां Vt = kT/q = 26mVकमरे के तापमान पर।

1. तुलना के लिए उपयोग करने के लिए डेटशीट में दिए गए ग्राफ़ से वास्तविक मान प्राप्त करें। अधिक अंक बेहतर है, और अधिक सटीक बेहतर है। नीचे एक तालिका है जो मैंने आपके द्वारा प्रदान की गई आकृति से अनुमानित की है:

   Vf  If (mA)
   1.3 0.001
   1.4 0.010
   1.5 0.080
   1.6 0.700
   1.7 5.000
   1.8 20.000
   1.9 40.000
   2.0 65.000
   2.1 80.000
   

2. Excel में मानों को प्लग करें, और y- अक्ष को लॉग स्केल में बदलें। आपको एक ग्राफ प्राप्त करना चाहिए जो डेटाशीट से मूल ग्राफ़ के समान दिखता है। अपने ग्राफ के लिए एक और कॉलम जोड़ें, यदि फारवर्ड वोल्टेज और स्थिरांक आईएस और एन से गणना की जाती है । हम इस कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग IS और N खोजने के लिए कर सकते हैं ।

3. IS और N के लिए हल करें । हम ग्राफ़ के रैखिक भाग (1.3 <= Vf <= 1.7) से मिलान करने का प्रयास कर रहे हैं । आईएस को एडजस्ट करने से वाई-धुरी में वक्र घूमेगा। परिमाण के समान क्रम में गणना किए गए ग्राफ़ को प्राप्त करें। अगला चरण उत्सर्जन गुणांक ( एन ) को खोजना है । एन आयाम और ढलान दोनों को प्रभावित करता है, इसलिए आईएस के कुछ समायोजन को एक ही बॉलपार्क में वक्र रखने के लिए आवश्यक हो सकता है। एक बार ढलान मैच (लाइनें समानांतर हैं), आईएस को ट्रिम करें ताकि गणना किए गए डेटा डेटाशीट मानों से मेल खाए। मुझे मिल गया IS = 1e-18, और N=1.8आपके द्वारा सूचीबद्ध डायोड के लिए।

4. RS को पहचानें । यह थोड़ा मुश्किल है। आरएस 1.7 वी और इसके बाद के संस्करण से वर्तमान की वक्रता के लिए जिम्मेदार है। डायोड के साथ श्रृंखला में एक अवरोधक के रूप में ओमिक प्रतिरोध को मॉडलिंग करने पर विचार करें। जैसे-जैसे डायोड के माध्यम से करंट बढ़ता है, ओममिक प्रतिरोध के पार वोल्टेज ड्रॉप आगे डायोड वोल्टेज Vf को धीमा करने का कारण बनता है । छोटी धाराओं में, यह प्रभाव नगण्य है।

पहली बात यह है कि अधिक सटीक समाधानों में उपयोग करने के लिए आरएस का बॉलपार्क अनुमान प्राप्त करना है। आप मापा अगर का उपयोग कर Vf के लिए गणना करके डेटाशीट मानों से आरएस के प्रभावी मूल्य की गणना कर सकते हैं । इनपुट वैल्यू और कैलकुलेटेड Vf के बीच वोल्टेज का अंतर एक प्रतिरोध उत्पन्न करने के लिए आगे के करंट के साथ इस्तेमाल किया जा सकता है। उच्च धाराओं पर, यह एक अच्छा प्रारंभिक मूल्य होगा।

RS का उपयोग करके डायोड करंट को प्लॉट करने के लिए , आपको सबसे पहले डायोड Vf को रेसिस्टर-डायोड श्रृंखला संयोजन के लिए वोल्टेज दिए जाने की गणना करनी होगी । विकिपीडिया एक पुनरावृत्त कार्य को सूचीबद्ध करता है - यदि अवरोधक वोल्टेज ड्रॉप महत्वपूर्ण है तो यह आसानी से परिवर्तित हो जाता है। यह फ़ंक्शन एक्सेल में स्थापित करने के लिए काफी आसान था। 1.8 से नीचे के Vf मानों के लिए , मैंने इनपुट मान को हार्ड-कोडित किया क्योंकि पुनरावृत्त फ़ंक्शन ने अभिसरण नहीं किया था। यदि आदर्श डायोड की गणना करने के लिए इस Vf मान को लें। मैंने मूल डेटाशीट ग्राफ के साथ यह प्लॉट किया।

परीक्षण और त्रुटि का उपयोग करते हुए, आपको एक आरएस मूल्य प्राप्त करने में सक्षम होना चाहिए जो डेटाशीट मानों के साथ बहुत अच्छा ओवरलैप प्राप्त करता है। अपने काम को सत्यापित करने के लिए मॉडल को स्पाइस में एक साथ फेंकना बाकी है।

नीचे मेरा डायोड मॉडल है जिसे मैंने HSPICE का उपयोग करके सत्यापित किया है। अनुकार डेटा डेटाशीट ग्राफ़ के लिए लगभग सही ओवरले है।

.model Dled_test D (IS=1a RS=3.3 N=1.8)

मैंने इस लेख का उपयोग किया , जिसने डायोड मसाला मापदंडों के साथ बहुत मदद की।

मैंने अपनी स्प्रेडशीट को साफ किया, और tyblu ने इसे यहां डाउनलोड के लिए उपलब्ध कराया है । अपने जोखिम पर उपयोग करें, परिणाम की गारंटी नहीं है, आदि ... आदि ...

Comments

यह एक कमाल का जवाब है। + +

— tyblu

Answer 2

सबसे पहले, मैं इंगित करता हूं कि आप अतिरिक्त डायोड पैरामीटर BV , Ibv और Cjo को सीधे एलईडी डेटशीट से Vr पर "रिवर्स करंट" Ir और "Capacitance" C के रूप में पढ़ सकते हैं ।

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W5VO के शानदार उत्तर को जोड़ते हुए, मैंने कुछ हद तक इस प्रक्रिया को अपने लिए सुव्यवस्थित किया:

1. मैंने XY स्कैटर प्लॉट के चार्ट प्रकार का उपयोग केवल OpenOffice (Excel, आदि के साथ YMMV) पर लाइनों के रूप में किया और एक्सिस की मिनिमा और मैक्सिमा को मैन्युअल रूप से सेट किया, उदाहरण के लिए (X, Y) = (1.4-4.0, 0.01-50.0,) मेरे नमूना डेटा के दायरे के बाहर ऑटोरैंगिंग से इसे रोकने के लिए।

2. नमूना अंक के पहले तीन स्तंभों के बाद Vf_sampled , If_sampled के साथ-साथ If_estimate Schokley डायोड समीकरण का उपयोग कर, मैं एक जोड़ा चौथे एक गणना के लिए एक Vf_estimate । याद रखें, कि रुपये एक श्रृंखला प्रतिरोध है (तल पर छवि देखें) और If_estimate वास्तव में हमें यहां उपयोग करने के लिए वर्तमान देता है, इसलिए कोई बस स्तंभ कोशिकाओं की गणना कर सकता है:
   Vf_estimate = Vf_sampled + (If_estimate * रु) ।

3. अब मैं एक तीसरा वक्र जोड़ सकता हूं, जिसमें मैंने X समन्वय के रूप में नए चौथे स्तंभ ( Vf_estimate ) और Y समन्वय के रूप में तीसरे स्तंभ ( if_estimate ) का उपयोग किया है, और जो अब मैं आसानी से पहले वक्र (डेटा के नमूने) के विरुद्ध मिलान कर सकता हूं डेटाशीट पर ग्राफ से)। ध्यान दें कि मैं केवल दूसरी वक्र को बदलना नहीं चाहता था क्योंकि सीधी रेखा मेरे अनुमानों में काफी सहायक थी।

4. मुझे यकीन है कि मैं कुछ हद तक W5VO यहाँ दोहरा रहा हूँ कर रहा हूँ, लेकिन यह स्थिरांक की भूमिका की याद दिलाता है bares है , रुपये और एन वक्र आकार के मामले में (हमारे में लॉग-लिन पैमाने):

   • है केवल घटता की स्थिति (अप / छोड़ दिया है या नीचे / सही) को प्रभावित करता है।
   • एन वक्र ढलानों के साथ-साथ पदों को प्रभावित करता है (क्योंकि यह एक रैखिक गुणांक है और घटता हमेशा मूल के माध्यम से जाता है, जो हमेशा पैमाने के बाहर होता है)।
   • रु । नए तीसरे वक्र के वक्रता (प्रगतिशील दाहिने स्वीप) को परिभाषित करता है (क्योंकि यह दूसरी दिशा में एक रेखीय शब्द है)।

5. चीजें जो मैंने पाया कि उपयोग की जा सकती हैं:

   • आप पा सकते हैं कि दूसरी वक्र (सीधी रेखा) को बहुत थोड़ा स्टेटर करने की आवश्यकता है और ऊपर / बाएं से यह नमूना डेटा से प्रतीत होगा, क्योंकि मूल पर रुपये से शुरू होने के कारण वक्रता ।
   • आप डेटाशीट में ज़ूम करके (पीडीएफ मानकर) सटीक रूप से सटीक नमूना प्राप्त कर सकते हैं, एक स्क्रेंकैप ले सकते हैं और इसे अपने पसंदीदा ड्राइंग प्रोग्राम में खोल सकते हैं। फिर आप अंतराल लाइनों के बीच पिक्सेल की दूरी और बिंदु की दूरी को कम-मूल्य अंतराल रेखा के बीच मापने के लिए उदाहरण के लिए चयन या सीधी-रेखा उपकरण का उपयोग कर सकते हैं। रैखिक कुल्हाड़ियों के लिए, वह अंश आसान डेटा मूल्यों में अनुवाद करता है।
   • XY स्कैटर प्लॉट आपको डेटा के मनमाने बिंदुओं का उपयोग करने की अनुमति देता है। आप समतुल्य नमूने की तुलना में कम नमूनों से दूर हो सकते हैं। आप केवल उन बिंदुओं पर डेटा का नमूना चुन सकते हैं जहां यह सबसे आसान है और जहां इसकी सख्त आवश्यकता है। उदाहरण के लिए, एक सेमीलॉग स्केल पर आप लॉगरिदमिक स्केल के अंतराल लाइनों पर नमूना ले सकते हैं। यदि आपको आवश्यकता है, तो अनुमानित कर्व्स के लिए आपके पास अभी भी अधिक अंक (पंक्तियाँ) हो सकते हैं। (कम से कम ओपनऑफ़िस चार्ट उन बिंदुओं की उपेक्षा करते प्रतीत होते हैं जिनके लिए कोई संगत Y- समन्वय नहीं है।)
     ध्यान दें कि एक्स मान ( Vf_sampled ) को अभी भी आरोही (या अवरोही) क्रम में होना चाहिए। अन्यथा लाइनें गड़बड़ हो जाती हैं।
   • उन इकाइयों के पैमाने पर ध्यान दें, जिनका आप अनुमान लगा रहे हैं / चार्टिंग / खोजने की कोशिश कर रहे हैं (उदाहरण के लिए मिलीमीटर) और याद रखें कि स्पाइस आमतौर पर नंगे इकाइयों (एम्पीयर) का उपयोग करता है।
   • नोट W5VO की कि वीटी में है मिली वोल्ट। यदि आप वोल्ट का उपयोग कर रहे हैं, तो 0.026 मान का उपयोग करें ।
   • जाँच करें कि कौन सा मीट्रिक उपसर्ग (एम, पी, यू, आदि) आपके स्पाइस सिम्युलेटर स्वीकार करता है। प्रतिपादक अंकन (उदाहरण के लिए 12E-34) का उपयोग करना सरल हो सकता है।
   • चार्ट के लिए सेल रेंज का संपादन हमेशा (नया) तीसरा वक्र रीसेट करने के लिए लगता था ताकि मुझे एक्स-निर्देशांक में डेटा रेंज को फिर से जोड़ना पड़े और इसके वाई रेंज के रूप में तीसरे कॉलम को फिर से बदलना पड़े। अधिक अंक जोड़ने या एक ही चार्ट पर कई एल ई डी मॉडलिंग करते समय इसे ध्यान में रखें - एक ही बार में इस तरह के बदलाव करें। (कोशिकाओं के भीतर डेटा बदलने से स्पष्ट रूप से रीसेट ट्रिगर नहीं हुआ।)
   • चार्ट पर घुमावदार प्रक्षेप आपको ओवरसोइंग या अंडरशूटिंग करके भटका सकता है और आपको यह नहीं दिखा सकता है कि डेटा के वास्तविक बिंदु क्यों हैं।
   • सीधी रेखा के खंड भी गुमराह कर सकते हैं, क्योंकि इसी बिंदु अलग-अलग स्थानों पर समाप्त होते हैं और रैखिक प्रक्षेप वक्र के लघुगणक प्रकृति को ट्रैक नहीं करते हैं। (नमूना वक्र के डेटा के सभी बिंदुओं और नए तीसरे वक्र को अन्य पंक्ति के सीधी रेखा के बाहर (ऊपर / बाएं) होना चाहिए।)

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AFAIK, एलईडी के लिए हमारा मॉडल अनिवार्य रूप से एक रु प्रतिरोधक है और श्रृंखला में Is / N अनुमान डायोड है: (-R -> - >-)

^{इस सर्किट का अनुकरण करें - सर्किटलैब का उपयोग करके बनाई गई योजनाबद्ध}

Answer 3

मैंने पायथन प्रोग्राम को एक साथ रखा है जो डेटाशीट IV विशेषताओं के आधार पर डायोड के फॉरवर्ड बायस विशेषताओं को मॉडल करेगा।

http://leicesterraspberrypi.wordpress.com/projects/modelling-a-diode-for-use-in-spice-simulations/

इसे एक कोशिश और टिप्पणी देने के लिए स्वतंत्र महसूस करें।

Comments

हालांकि आपका कोड बहुत उपयोगी दिखता है, केवल उत्तर ही हतोत्साहित किए जाते हैं क्योंकि यदि लिंक मर जाता है तो वे भविष्य में बेकार हो सकते हैं। शायद आप अपने उत्तर में एल्गोरिदम / कोड पर अधिक विवरण शामिल कर सकते हैं यह सुनिश्चित करने के लिए कि यह कभी भी होता है तो उपयोगी हो सकता है।

— पीटर जे

यह वास्तव में काफी उपयोगी है। WebPlotDigitizer का उपयोग करके इसे काफी आसान बना दिया गया।

— एंड.होलम्स

Answer 4

यहां वे हैं जिनका मैं उपयोग करूंगा

#       Name    Parameter                    Units      Default Example  Area
2       RS      Ohmic resistance               Ω         0       10       *
6       VJ      Junction potential             V         1       0.6
13    BV      Reverse breakdown voltage      V         ∞       40.0
14    IBV     Current at breakdown voltage   A         1.0e-3

आपके वीजे = 1.8 प्रकार के लिए, बीवी = 5। यह आपको वहां सबसे ज्यादा मिलता है।

Comments

वास्तव में, वीजे का उपयोग लागू वोल्टेज के आधार पर जंक्शन कैपेसिटेंस की गणना करने के लिए किया जाता है। इसे संशोधित करने और रिवर्स ब्रेकडाउन वोल्टेज वास्तव में सकल डीसी विशेषताओं को निर्धारित नहीं करेगा। अंतिम परिणाम डिफ़ॉल्ट डायोड मॉडल के लगभग समान होना चाहिए।

— W5VO

Answer 5

अगर कोई सोच रहा है कि उसके सिंगल-पेज डेटाशीट में इफ / वीएफ कर्व क्यों नहीं है, तो यह शायद इसलिए है क्योंकि उसके पास पूरा डेटशीट नहीं है। मुझे पता है कि उदाहरण के लिए Optosupply केवल अपनी वेबसाइट पर प्रथम-पृष्ठ सारांश प्रकाशित करता है, लेकिन वे आपको अनुरोध पर पूरे चश्मा (सभी इफ / वीएफ, रिश्तेदार तीव्रता और स्पेक्ट्रम घटता, आदि के साथ) भेज देंगे।

आप शायद एक ही रसायन विज्ञान (एक ही निर्माता द्वारा) के साथ एक ही रंग के एक और एलईडी से एक डेटाशीट का उपयोग करके सभी मूल्यों के लिए प्रयोग करने योग्य आंकड़े प्राप्त कर सकते हैं। बस जाँचें कि बुनियादी विशेषताओं (जैसे धाराओं, वोल्टेज और तरंग दैर्ध्य) से मेल खाती है।

Answer 6

शानदार उत्तर, लेकिन शॉकली डायोड समीकरण को बीजगणितीय रूप से हल करना आसान है। बस ध्यान दें कि सूत्र में "माइनस 1" फॉरवर्ड धाराओं के लिए बहुत ही अप्रासंगिक है जो कि परिमाण से अधिक का एक क्रम है, जो बहुत छोटा है, कहते हैं, 1 ई -12 ए ग्राफ में सिर्फ दो बिंदुओं को आसानी से पढ़ें I और V मान, और इन्हें सूत्र में प्लग करें। दोनों फार्मूले को अलग कर देता है, इसलिए एन की गणना करना आसान है। तब खोजने के लिए सूत्र में एन भरें।

यहाँ मेरे लिब्रे ऑफिस Calc मैक्रो बेसिक में हैं:

Const Q as double = 1.6E-19
Const K as double = 1.38E-22
Const T as double = 300

rem The Shockley diode equation, to build the graph Id(Vd) for hardcoded values of Is and N
Function shockley(Vd as double) as double
    Const Is1 as double = 5.94463E-18
    rem Note that 'Is' is a reserved word and cannot be the name of a variable
    Const N as double = 0.191367
    shockley = Is1 * (exp(Vd * Q / (N * K * T )) - 1)
End Function

rem Step 1 in solving the diode equation for N using values from a graph
Function ComputeN(V1 as double, V2 as double, I1 as double, I2 as double) as double
    ComputeN = (Q / (K * T)) * (V1 - V2) / (log(I1) - log(I2))
End Function

rem Step 2 in solving the diode equation for Is
Function ComputeIS(V as double, I as double, N as double) as double
    ComputeIS = I / (exp(Q * V / (N * K * T)))  
End Function

rem for debugging
sub Test
    dim N as double
    N = ComputeN(1.85, 1.3, 0.1, 1.5E-6)
    dim Is1 as double
    Is1 = ComputeIs(1.85, 0.1, N)
end sub

यदि आप सूत्र को देखते हैं, तो आप q / NkT के ढलान के साथ एक सीधी रेखा के वर्णन को पहचान सकते हैं, लेकिन डेल्टा लॉग (Id) / डेल्टा Vd का भी।

मुझे Is: 5.94E-18 = 5.94 atto-ampere (W5VO 1 एए मिला) के लिए कुछ समान मूल्य मिलता है, लेकिन बहुत अलग N = 0.19 (W5VO पाया 1.8, टाइपो?), अभी भी डेटा एक ही ग्राफ में वापस गणना करता है? :

स्तंभ Vd वोल्ट हैं, Id वास्तविक सूत्र के अनुसार डायोड करंट है, Id0 सरलीकृत सूत्र के साथ करंट है जहां "माइनस 1" को "माइनस शून्य" में बदल दिया जाता है। जैसा कि Id0 एक सच्चा घातीय वक्र है, आप कॉलम Id0_log में लघुगणक ले सकते हैं। (आप एक वक्र का लॉग नहीं ले सकते जो शून्य हो जाता है और Id की तरह ऋणात्मक हो जाता है) भूखंड Id0_Log बनाम Vd से है। इस प्लॉट में मैंने सबसे निचले हिस्से को बिंदीदार बना दिया, क्योंकि यह अब वास्तविक डायोड चालू नहीं है, लेकिन वाई-अक्ष के साथ चौराहे पर के मूल्य को दर्शाता है।

बाईं ओर घातीय वक्र का अनुसरण करने से आपको शून्य पर विषमता मिलती है। लेकिन "माइनस 1", की मात्रा को घटाता है, जिससे कि वास्तविक डायोड वक्र मूल के माध्यम से जाता है और, नकारात्मक वोल्टेज के साथ, राशि का एक रिवर्स लीकेज करंट दिखाता है।

यदि मूल निर्माताओं की वक्र वास्तव में बड़े लॉग प्लॉट पर होती, तो हम सीधे शासक को आसानी से खोजने के लिए नीचे की तरफ विस्तार करने के लिए एक शासक का उपयोग कर सकते थे, जो कि Vd = 0 पर है और फिर N की गणना करें, इसके बजाय पहले N की गणना करें। मैक्रो के ऊपर। आंद्रेई व्लादिमीरस्कु (1994) द्वारा "द स्पाइस बुक" में शासक पद्धति का वर्णन किया गया है।