13. Co tenhle nástroj nepočítá, a zdroje
Stejně jako u sousedních karet: co nástroj neumí, má být napsané, ne skryté.
Nemodeluje se
- Čas. Řešič počítá ustálený stejnosměrný stav. Kondenzátory jsou rozpojené (a při malosignálovém rozboru zkratované), cívky se neřeší vůbec. Průběh v čase, přechodné děje, Millerova plošina jako děj — to všechno je popsané v textu a spočítané vzorcem, ale řešič to nesimuluje.
- Kmitočtová závislost. Malosignálový rozbor je středopásmový: vazební kondenzátory jsou zkrat, parazitní kapacity neexistují. Mezní kmitočet zesilovače, fT tranzistoru ani fázová bezpečnost se tu nespočítají.
- Šum. Ani tepelný, ani výstřelový, ani 1/f.
- Model MOSFETu je level 1. Shichman–Hodges dává správné tři oblasti a správný tvar rodiny křivek, ale nezná krátký kanál, mobilitu klesající s polem, podprahové vedení ani efekt substrátu. U moderního čipu s kanálem pod 100 nm by byl vedle o desítky procent.
- Teplota je vstup, ne výsledek. Nástroj spočítá teplotu přechodu ze ztrát, ale nevrátí ji zpátky do modelu součástky. Tepelný útěk je proto popsaný, ne odsimulovaný.
- Zotavovací náboj diody (reverse recovery), lavinová energie, druhý průraz.
- Volné skládání obvodu jako na sousedních kartách. Tranzistor má tři vývody a pravidlo „prvek leží na spojnici dvou sousedních uzlů" na něj nesedí. Místo ohýbání toho pravidla nabízí tahle karta hotová zapojení, u kterých jde měnit každá hodnota — a ušetřené místo věnuje obrázku, který tranzistor opravdu vysvětlí: charakteristikám se zatěžovací přímkou.
Jak se to ověřovalo
Testy (test-semi.cjs, 238 kontrol) nespoléhají na to, co řešič vydá:
- Jakobián proti centrálním diferencím. Každý model, v každé oblasti. Derivace, které součástka řešiči podává, jsou ten companion model — a špatná derivace nevede k chybnému výsledku, ale k žádnému. Nebo, hůř, k tiše chybnému.
- Zatěžovací přímka řešená půlením intervalu. Úplně jiná cesta k témuž bodu, bez matice a bez Newtona.
- KCL přepočtená z modelů. Ze samotných uzlových napětí se znovu spočítají všechny proudy a sečtou v každém uzlu.
- Superpozice, která musí selhat u diody a platit na dvanáct míst po její záměně za odpor.
- Bilance výkonu, spojitost MOSFETu na hranici oblastí, −2 mV/K změřené místo odcitované.
Zdroje
- W. Shockley, The Theory of p-n Junctions in Semiconductors, Bell System Technical Journal, 1949 — rovnice diody.
- J. M. Early, Effects of Space-Charge Layer Widening in Junction Transistors, Proc. IRE, 1952 — Earlyho napětí.
- H. Shichman, D. A. Hodges, Modeling and Simulation of Insulated-Gate Field-Effect Transistor Switching Circuits, IEEE JSSC, 1968 — model MOSFETu level 1.
- Sedra & Smith, Microelectronic Circuits — malosignálové modely a zapojení.
- Horowitz & Hill, The Art of Electronics — návrhová pravidla, včetně vynuceného zisku u spínačů.
- ROHM 62AN132E a 62AN134E, Vishay AN608A, Nexperia AN11158 — spínací ztráty z náboje hradla a Millerova plošina.
- CODATA / SI 2019 — k = 1,380649·10⁻²³ J/K a q = 1,602176634·10⁻¹⁹ C jsou přesné definiční hodnoty, takže VT se počítá, ne opisuje.
Kam dál
- BridgeLab — z těchhle spínačů postaví můstek, spočítá zvlnění proudu, ztráty a mrtvý čas.
- SensorLab — co se z těchhle součástek staví, aby se dala změřit teplota, síla nebo poloha.
- CircuitLab a ACLab — lineární základ, na kterém tohle stojí.