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データシートからの区分的線形ダイオード モデルのパラメーター化

三角波発生器モデルでも説明されている三角波発生器のモデル例には、オペアンプ回路の最大出力電圧を制御する 2 つのツェナー ダイオードが含まれています。これらのダイオードはそれぞれ、Simscape™ Electrical™ の Diode ブロックを使って実装され、[区分線形] オプションを使用してパラメーター化されています。この単純なモデルは、回路の正しい動作を確認するために十分であり、必要なパラメーターが Diode ブロックの [電気] オプションよりも少なくなっています。ただし、パラメーターを指定する場合には、回路で使用されるバイアス条件を考慮する必要があります。この例では、これを行う方法を説明します。

Phillips Semiconductors の BZX384–B4V3 用データシートによれば、データは次のとおりです。

IZtest = 5 mA での使用電圧、VZ (V)4.3
ダイオードの静電容量、Cd (pF)450
VR = 1 V での逆電流、IR (μA)3
IF = 5 mA での順電圧、VF (V)0.7

データシートで表に記載された VF の値は、より大きい順電流用です。この 5 mA での値 0.7 V は、データシートの電流電圧曲線から抽出され、使用電圧を 4.3 V とした場合のツェナー電流と一致するために選択されています。

データシートの値と一致させるため、この例では区分的線形ダイオードのブロック パラメーターを次のように設定しています。

  • 順電圧。既定値の 0.6 V のままにします。これは大半のダイオードにおける標準値で、正確な値は重要ではありません。ただし、[オン抵抗] パラメーターを計算する際には、この値セットを考慮することが重要です。

  • オン抵抗。これは、電流が 5 mA であるときの順電流が 0.7 V であるというデータシート情報を使用して設定されます。[オン抵抗] パラメーターによって降下する電圧は、0.7 V から [順電圧] パラメーターを引いた値、すなわち 0.1 V となります。したがって、[オン抵抗] は 0.1 V / 5 mA = 20 Ω です。

  • オフ コンダクタンス。これは、逆電流に関するデータシート情報を使用して設定されます。逆電流は、逆電圧 1 V に対して 3 μA です。したがって、[オフ コンダクタンス] は、3 μA / 1V = 3e-6 S に設定されなければなりません。

  • 逆ブレークダウン電圧。このパラメーターは、データシートの使用電圧パラメーターである 4.3 V に設定しなければなりません。

  • ツェナー抵抗。これは、適切な小さい数値に設定する必要があります。小さすぎて、電圧と電流の関係が急峻になると、シミュレーションがあまり効率よく収束しなくなる可能性があります。大きすぎると、ツェナー電圧が不正確になります。Diode ブロックが実際のデバイスを表すには、シミュレートされた逆電圧が、5 mA (回路によって提供される逆バイアス電流) で 4.3 V 近くにならなければなりません。ツェナー電圧に 5 mA で 0.01 V の誤差を許容すると、ツェナーの抵抗 RZ は 0.01 V / 5 mA = 2 Ω になります。

  • 接合容量。このパラメーターは、データシートのダイオードの静電容量値 450 pF に設定されます。