Modeling of systems and processes Modeling of systems and processes Моделирование систем и процессов 2219-0767 57912 10.12737/2219-0767-2023-16-1-85-93 Физико-математические науки Физико-математические науки Simulation of diode operation and evaluation of its operation parameters Моделирование работы диода и оценка параметров его работы Полуэктов Александр Владимирович Poluektov Aleksandr Vladimirovich Медведев Роман Юрьевич Medvedev Roman Yur'evich Зольников Владимир Константинович Zolnikov V. K. Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова Voronezh State University of Forestry and Technologies named after G.F. Morozov 29 03 2023 29 03 2023 16 1 85 93 26 03 2023 https://zh-szf.ru/en/nauka/article/57912/view

В статье рассматривается моделирование работы диода на основе составленной электрической схемы, также рассматривается анализ работы диода в различных эксплуатационных условиях с использованием программы компьютерного моделирования AnyDynamics 8. Рассматриваются различные подходы к понятию моделирования, модели, математической модели. Оценивается классификация моделей полупроводниковых приборов, вольт-амперная характеристика (ВАХ) и схема работы устройств. Рассматриваются физические свойства диода, затем выполняется переход на анализ работы диода в физической модели и на ее основе строится математическая модель диода, так как модель работает с малыми изменения тока и напряжения то переход осуществлен к малосигнальной модели и системе дифференциальных уравнений. В программе AnyDynamics 8 описывается схема разработки класса и его элементов с указанием систем уравнений, связывающих элементы схемы между собой, и задается карта поведения идеального диода. Разрабатываются класса элементарных элементов, из которых можно построить электронную схему, диода, резистора, конденсатора, катушки. Определяется схема, с помощью которой возможно провести моделирование работы цепи с подключенным идеальным диодом. Итогом работы электрической схемы в программе AnyDynamics 8 стало создание карты поведения идеального диода. Анализ полученных графиков в дальнейшем позволит выполнить моделирование и анализ работы идеального диода.

The article discusses the simulation of the operation of a diode based on the compiled electrical circuit, and also considers the analysis of the operation of the dido under various operating conditions using the AnyDynamics 8 computer simulation program. Various approaches to the concept of modeling, model, and mathematical model are considered. The classification of models of semiconductor devices, current-voltage characteristic (CVC) and device operation scheme are evaluated. The physical properties of the diode are considered, then a transition is made to the analysis of the operation of the diode in a physical model, and on its basis a mathematical model of the diode is built, since the model works with small changes in current and voltage, then the transition is made to a low-signal model and a system of differential equations, behavior of an ideal diode. Classes of elementary elements are being developed, from which it is possible to build an electronic circuit, diode, resistor, capacitor, coil. A circuit is determined with the help of which it is possible to simulate the operation of a circuit with a connected ideal diode. The result of the work of the electrical circuit in the program AnyDynamics 8 was the creation o behavior of an ideal diode. Analysis of the obtained graphs in the future will allow you to perform modeling and analysis of the operation of an ideal diode.

 Моделирование компьютерное моделирование модель диод класс малосигнальная модель вольт-амперная характеристика. Modeling computer modeling model diode Class small-signal model volt-ampere characteristic

Качественная теория динамических систем второго порядка / А.А. Андронов, Е.А. Леонтович, М.И. Гордон, А.Г. Майер. - М. : Наука, 1966. - 568 с. Kachestvennaya teoriya dinamicheskih sistem vtorogo poryadka / A.A. Andronov, E.A. Leontovich, M.I. Gordon, A.G. Mayer. - M. : Nauka, 1966. - 568 s. Нагорнов, Ю.С. Моделирование атомарных процессов в нанокристаллах методом Монте-Карло: методические рекомендации / Ю.С. Нагорнов. - Тольятти: ТГУ, 2012. - 19 с Nagornov, Yu.S. Modelirovanie atomarnyh processov v nanokristallah metodom Monte-Karlo: metodicheskie rekomendacii / Yu.S. Nagornov. - Tol'yatti: TGU, 2012. - 19 s Математическое моделирование в системе «Stratum Computer» / Д.В. Баяндин, А.В. Кубышкин, О.И. Мухин, А.А. Рябуха // Проблемы образования, научно-технического развития и экономики Уральского региона : сборник трудов Всероссийской научно-практической конференции. - Березники, 1996. - С. 80-81. Matematicheskoe modelirovanie v sisteme «Stratum Computer» / D.V. Bayandin, A.V. Kubyshkin, O.I. Muhin, A.A. Ryabuha // Problemy obrazovaniya, nauchno-tehnicheskogo razvitiya i ekonomiki Ural'skogo regiona : sbornik trudov Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferencii. - Berezniki, 1996. - S. 80-81. Зольников, В.К. Моделирование и анализ производительности алгоритмов балансировки нагрузки облачных вычислений / В.К. Зольников, О.В. Оксюта, Н.Ф. Даюб // Моделирование систем и процессов. - 2020. - Т. 13, № 1. - С. 32-39. - DOI: 10.12737/2219-0767-2020-13-1-32-39. Zol'nikov, V.K. Modelirovanie i analiz proizvoditel'nosti algoritmov balansirovki nagruzki oblachnyh vychisleniy / V.K. Zol'nikov, O.V. Oksyuta, N.F. Dayub // Modelirovanie sistem i processov. - 2020. - T. 13, № 1. - S. 32-39. - DOI: 10.12737/2219-0767-2020-13-1-32-39. Система управления распределением работ при проектировании сложных технических систем / Т.П. Новикова, К.В. Зольников, А.Ю. Кулай [и др.] // Информационные технологии в управлении и моделировании мехатронных систем : сборник материалов 1-й научно-практической международной конференции. - Тамбов, 2017. - С. 199-204. Sistema upravleniya raspredeleniem rabot pri proektirovanii slozhnyh tehnicheskih sistem / T.P. Novikova, K.V. Zol'nikov, A.Yu. Kulay [i dr.] // Informacionnye tehnologii v upravlenii i modelirovanii mehatronnyh sistem : sbornik materialov 1-y nauchno-prakticheskoy mezhdunarodnoy konferencii. - Tambov, 2017. - S. 199-204. Юдина, Н.Ю. Анализ факторов, оказывающих влияние на надежность структурных элементов сложных вычислительных систем / Н.Ю. Юдина, А.Н. Ковалев // Моделирование систем и процессов. - 2017. - Т. 10, № 3. - С. 86-93. - DOI: 10.12737/article_5a2928416cdb36.94937249. Yudina, N.Yu. Analiz faktorov, okazyvayuschih vliyanie na nadezhnost' strukturnyh elementov slozhnyh vychislitel'nyh sistem / N.Yu. Yudina, A.N. Kovalev // Modelirovanie sistem i processov. - 2017. - T. 10, № 3. - S. 86-93. - DOI: 10.12737/article_5a2928416cdb36.94937249. Определение собственных тепловых сопротивлений силовых транзисторов и диодов IGBT модуля на основе его трёхмерной модели / М. В. Ильин, Е. А. Вилков, И. В. Гуляев, Ф. Бриз Дель Бланко // Электротехника. - 2019. - № 7. - С. 19-23 Opredelenie sobstvennyh teplovyh soprotivleniy silovyh tranzistorov i diodov IGBT modulya na osnove ego trehmernoy modeli / M. V. Il'in, E. A. Vilkov, I. V. Gulyaev, F. Briz Del' Blanko // Elektrotehnika. - 2019. - № 7. - S. 19-23 Вьюрков, В. В. Пролётные диоды и транзисторы с переменной инжекцией как генераторы и детекторы излучения терагерцового диапазона / В. В. Вьюрков, К. В. Руденко, В. Ф. Лукичев // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии. - 2020. - № 1-1. - С. 320-321. V'yurkov, V. V. Proletnye diody i tranzistory s peremennoy inzhekciey kak generatory i detektory izlucheniya teragercovogo diapazona / V. V. V'yurkov, K. V. Rudenko, V. F. Lukichev // SVCh-tehnika i telekommunikacionnye tehnologii. - 2020. - № 1-1. - S. 320-321. Максименко, Ю.Н. Мощный высоковольтный транзистор со статической индукцией с антипараллельным диодом / Ю.Н. Максименко // Электронная техника. Серия 2: Полупроводниковые приборы. - 2022. - № 3(266). - С. 55-62. - DOI: 10.36845/2073-8250-2022-266-3-56-62. Maksimenko, Yu.N. Moschnyy vysokovol'tnyy tranzistor so staticheskoy indukciey s antiparallel'nym diodom / Yu.N. Maksimenko // Elektronnaya tehnika. Seriya 2: Poluprovodnikovye pribory. - 2022. - № 3(266). - S. 55-62. - DOI: 10.36845/2073-8250-2022-266-3-56-62. Кондусов, В.В. Автоматизированная зондовая станция для испытания электрических параметров кристаллов диодов и транзисторов / В.В. Кондусов, В.А. Кондусов // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2019. - Т. 15, № 5. - С. 105-110. - DOI: 10.25987/VSTU.2019.15.5.014. Kondusov, V.V. Avtomatizirovannaya zondovaya stanciya dlya ispytaniya elektricheskih parametrov kristallov diodov i tranzistorov / V.V. Kondusov, V.A. Kondusov // Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. - 2019. - T. 15, № 5. - S. 105-110. - DOI: 10.25987/VSTU.2019.15.5.014. Аналитическая модель пролетных диодов и транзисторов для генерации и детектирования терагерцового излучения / К.В. Руденко, М.К. Руденко, И.А. Семенихин [и др.] // Микроэлектроника. - 2018. - Т. 47, № 5. - С. 14-21. - DOI: 10.31857/S054412690001732-2. Analiticheskaya model' proletnyh diodov i tranzistorov dlya generacii i detektirovaniya teragercovogo izlucheniya / K.V. Rudenko, M.K. Rudenko, I.A. Semenihin [i dr.] // Mikroelektronika. - 2018. - T. 47, № 5. - S. 14-21. - DOI: 10.31857/S054412690001732-2. Способ снижения динамических потерь в полумостовой транзисторной схеме / О.А. Данилов, А.Л. Иванов, С.А. Ильин [и др.] // Вестник Чувашского университета. - 2020. - № 1. - С. 89-96. Sposob snizheniya dinamicheskih poter' v polumostovoy tranzistornoy sheme / O.A. Danilov, A.L. Ivanov, S.A. Il'in [i dr.] // Vestnik Chuvashskogo universiteta. - 2020. - № 1. - S. 89-96. Дунаев, М.П. Моделирование потерь мощности в преобразователе частоты / М.П. Дунаев, С.У. Довудов // Электротехнические системы и комплексы. - 2021. - № 2 (51). - С. 45-51. - DOI: 10.18503/2311-8318-2021-2(51)-45-51. Dunaev, M.P. Modelirovanie poter' moschnosti v preobrazovatele chastoty / M.P. Dunaev, S.U. Dovudov // Elektrotehnicheskie sistemy i kompleksy. - 2021. - № 2 (51). - S. 45-51. - DOI: 10.18503/2311-8318-2021-2(51)-45-51. Рентюк, В. Обзор продуктов IXYS. Твердотельные реле и полупроводниковые модули высокой мощности Полупроводниковые (дискретные) модули от IXYS / В. Рентюк // Силовая электроника. - 2021. - № 4 (91). - С. 14-15. Rentyuk, V. Obzor produktov IXYS. Tverdotel'nye rele i poluprovodnikovye moduli vysokoy moschnosti Poluprovodnikovye (diskretnye) moduli ot IXYS / V. Rentyuk // Silovaya elektronika. - 2021. - № 4 (91). - S. 14-15. Шадмонходжаев, М.Ш. Разработка источника питания для позиции виброакустической диагностики подшипников локомотивного депо / М.Ш. Шадмонходжаев, А.П. Зеленченко // Бюллетень результатов научных исследований. - 2022. - № 2. - С. 43-49. - DOI: 10.20295/2223-9987-2022-2-43-49. Shadmonhodzhaev, M.Sh. Razrabotka istochnika pitaniya dlya pozicii vibroakusticheskoy diagnostiki podshipnikov lokomotivnogo depo / M.Sh. Shadmonhodzhaev, A.P. Zelenchenko // Byulleten' rezul'tatov nauchnyh issledovaniy. - 2022. - № 2. - S. 43-49. - DOI: 10.20295/2223-9987-2022-2-43-49. Мустафаев, А.Г. Исследование устойчивости КМОП СБИС к эффекту «защелкивания» / А.Г. Мустафаев, Г.А. Мустафаев, Н.В. Черкесова-Калинина // Электроника и электротехника. - 2018. - № 4. - С. 1-7. - DOI: 10.7256/2453-8884.2018.4.28130. Mustafaev, A.G. Issledovanie ustoychivosti KMOP SBIS k effektu «zaschelkivaniya» / A.G. Mustafaev, G.A. Mustafaev, N.V. Cherkesova-Kalinina // Elektronika i elektrotehnika. - 2018. - № 4. - S. 1-7. - DOI: 10.7256/2453-8884.2018.4.28130. Highly efficient 5.15- to 5.85-GHz neutralized HBT power amplifier for LTE applications / S. Kang [et al.] // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. - 2018. - Vol. 28, № 3. - Pp. 254-256. - DOI: 10.1109/LMWC.2018.2795346. Highly efficient 5.15- to 5.85-GHz neutralized HBT power amplifier for LTE applications / S. Kang [et al.] // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. - 2018. - Vol. 28, № 3. - Pp. 254-256. - DOI: 10.1109/LMWC.2018.2795346. Coverage enhancement and fundamental performance of 5G: Analysis and field trial / G. Liu [et al.] // Communications Magazine. - 2019. - Vol. 57, № 6. - Pp. 126-131. - DOI: 10.1109/MCOM.2019.1800543. Coverage enhancement and fundamental performance of 5G: Analysis and field trial / G. Liu [et al.] // Communications Magazine. - 2019. - Vol. 57, № 6. - Pp. 126-131. - DOI: 10.1109/MCOM.2019.1800543. Ahmadi, S. 5G NR: Architecture, technology, implementation and operation of 3GPP new radio standards / S. Ahmadi. - London, UK: Academic Press, 2019. - pp. 90-98. Ahmadi, S. 5G NR: Architecture, technology, implementation and operation of 3GPP new radio standards / S. Ahmadi. - London, UK: Academic Press, 2019. - pp. 90-98. Kuwabara, T. A 28 GHz 480 elements digital AAS using GaN HEMT amplifiers with 68 dBm EIRP for 5G long-range base station applications / T. Kuwabara [et al.] // IEEE Compound Semiconductor Integrated Circuit Symposium (CSICS). - 2017. - Pp. 1-4. - DOI: 10.1109/CSICS.2017.8240471. Kuwabara, T. A 28 GHz 480 elements digital AAS using GaN HEMT amplifiers with 68 dBm EIRP for 5G long-range base station applications / T. Kuwabara [et al.] // IEEE Compound Semiconductor Integrated Circuit Symposium (CSICS). - 2017. - Pp. 1-4. - DOI: 10.1109/CSICS.2017.8240471. Schefter, M. A comparison of GaN VS GaAs system performance / M. Schefter, M. Ardavan // Aerospace China. - 2018. - Vol. 19(3). - Pp. 17-22. - DOI: 10.3969/j.issn.1671-0940.2018.03.003. Schefter, M. A comparison of GaN VS GaAs system performance / M. Schefter, M. Ardavan // Aerospace China. - 2018. - Vol. 19(3). - Pp. 17-22. - DOI: 10.3969/j.issn.1671-0940.2018.03.003. Shin, D.-H. 6-GHz-to-18-GHz AlGaN/GaN cascaded nonuniform distributed power amplifier MMIC using load modulation of increased series gate capacitance / D.-H. Shin, I.-B. Yom, D.-W. Kim // Etri Journal. - 2017. - Vol. 39 (5). - Pp. 737-745. - DOI: 10.4218/etrij.17.0116.0737. Shin, D.-H. 6-GHz-to-18-GHz AlGaN/GaN cascaded nonuniform distributed power amplifier MMIC using load modulation of increased series gate capacitance / D.-H. Shin, I.-B. Yom, D.-W. Kim // Etri Journal. - 2017. - Vol. 39 (5). - Pp. 737-745. - DOI: 10.4218/etrij.17.0116.0737. Compact 20-W GaN internally matched power amplifier for 2.5 GHz to 6 GHz jammer systems / M.-P. Lee, S. Kim, S.-J. Hong, D.-W. Kim // Micromachines. - 2020. - Vol. 11 (4). - C. 375. - DOI: 10.3390/mi11040375. Compact 20-W GaN internally matched power amplifier for 2.5 GHz to 6 GHz jammer systems / M.-P. Lee, S. Kim, S.-J. Hong, D.-W. Kim // Micromachines. - 2020. - Vol. 11 (4). - C. 375. - DOI: 10.3390/mi11040375. A 6-18-GHz GaN Reactively Matched Distributed Power Amplifier Using Simplified Bias Network and Reduced Thermal Coupling / H. Park, H. Nam, K. Choi [et al.] // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 2018. - Vol. 66, no. 6. - Pp. 2638-2648. - DOI: 10.1109/TMTT.2018.2817521. A 6-18-GHz GaN Reactively Matched Distributed Power Amplifier Using Simplified Bias Network and Reduced Thermal Coupling / H. Park, H. Nam, K. Choi [et al.] // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 2018. - Vol. 66, no. 6. - Pp. 2638-2648. - DOI: 10.1109/TMTT.2018.2817521. Broadband GaAs MESFET and GaN HEMT resistive feedback power amplifiers / K. Krishnamurthy, R. Vetury, S. Keller [et al.] // IEEE Journal of Solid-State Circuits. - 2000. - Vol. 35, no. 9. - Pp. 1285-1292. - DOI: 10.1109/4.868037. Broadband GaAs MESFET and GaN HEMT resistive feedback power amplifiers / K. Krishnamurthy, R. Vetury, S. Keller [et al.] // IEEE Journal of Solid-State Circuits. - 2000. - Vol. 35, no. 9. - Pp. 1285-1292. - DOI: 10.1109/4.868037. Thermal management of GaN-on-Si high electron mobility transistor by copper filled micro-trench structure / S.K. Mohanty, Y.-Y. Chen, P.-H. Yeh [et al.] // Scientific Reports. - 2019. - Vol. 9. - C. 19691. - DOI: 10.1038/s41598-019-56292-3. Thermal management of GaN-on-Si high electron mobility transistor by copper filled micro-trench structure / S.K. Mohanty, Y.-Y. Chen, P.-H. Yeh [et al.] // Scientific Reports. - 2019. - Vol. 9. - C. 19691. - DOI: 10.1038/s41598-019-56292-3. Darwish, A. Channel temperature analysis of GaN HEMTs with nonlinear thermal conductivity / A. Darwish, A.J. Bayba, H.A. Hung // IEEE Transactions on Electron Devices. - 2015. - Vol. 62, no. 3. - Pp. 840-846. - DOI: 10.1109/TED.2015.2396035. Darwish, A. Channel temperature analysis of GaN HEMTs with nonlinear thermal conductivity / A. Darwish, A.J. Bayba, H.A. Hung // IEEE Transactions on Electron Devices. - 2015. - Vol. 62, no. 3. - Pp. 840-846. - DOI: 10.1109/TED.2015.2396035.