Creşterea complexităţii şi a cerinţelor impuse circuitelor şi sistemelor electronice precum şi necesitatea reducerii costurilor şi a ciclurilor de cercetare-proiectare-fabricare au impus dezvoltarea tehnicilor de simulare, proiectare şi optimizare asistate de calculator.
Programele de simulare a circuitelor electronice diferă considerabil ca mărime şi performanţe, dar structura celor mai multe dintre ele este similară, conţinând în principal module de editare, analiză şi prezentare ale rezultatelor obţinute.
Cartea este destinată cu precădere pentru uzul studenţilor din anii II şi III ai facultăţilor de profil electric. Pentru cursul “Modele SPICE ale Componentelor Electronice” se recomandă Partea I, pentru lucrările de laborator la aceeaşi disciplină se recomandă Partea a II-a, iar pentru laboratorul sau seminarul de DCE2 şi Proiectul de DCE3 se recomandă Partea a III-a.
Partea I a cărţii, conţine capitolele 1-5 şi prezintă problematica modelelor dispozitivelor electronice clasice utilizate pentru simularea funcţionării acestora, precum şi a circuitelor electronice. Una dintre problemele pe care le ridică rezolvarea unui circuit este ca toate dispozitivele apelate să aibă parametrii de model definiţi în librării. Unii parametri nu se pot extrage decât experimental cu mare acurateţe; la curs se studiază de exemplu metoda Verzellessi de extragere a rezistenţelor serie a tranzistorului bipolar. Cei mai mulţi parametri însă se pot extrage prin metode optimale. În acest sens, există un sub-program specializat al SPICE-ului, denumit PARTS, care pe parcursul a mai multor etape, extrage toţi parametrii de model necesari unui nou dispozitiv.
Partea a II-a conţine capitolul 6, în care sunt prezentate aplicaţii ale acestui sub-program pentru următoarele dispozitive: diode, tranzistoare bipolare şi tranzistoare cu efect de câmp de tip MOS.
Lucrările de laborator 1 şi 2, aferente cursului de “Modele SPICE ale Componentelor Electronice”, se ocupă de extracţia parametrilor de model direct cu PARTS-ul. Lucrarea de laborator 3 trece tranzistorul MOS prin toate programele de simulare din microelectronică: simulare tehnologică cu ATHENA, simulare de dispozitiv cu ATLAS, extracţie de parametri cu ATLAS şi PARTS, simulare de circuit la nivel de tranzistor cu SPICE şi simulare la nivel de bloc logic cu VERILOG. Se indică “tools-urile” – instrumentele existente la ora actuală – pentru descrierea unui dispozitiv. Tot aici se prezintă principalele programe adiacente SPICE-ului, utilizate în microelectronică pentru crearea unei viziuni de ansamblu.
Partea a III-a este poate cea mai aşteptată de către studenţi.
În capitolul 7 sunt prezentate metode de analiză a circuitelor cu ajutorul programului SPICE: punct static de funcţionare, analiză DC, analiză AC, analiză de regim tranzitoriu. Probleme de la seminariile de Dispozitive şi Circuite Electronice II pot fi rezolvate cu ajutorul SPICE-ului foarte rapid şi foarte elegant, urmând exemplele din acest capitol.
Capitolul 8 este util în faza de proiectare de circuit cu ajutorul programului SPICE. Numeroasele exemple abordate în partea a III-a reprezintă un material util pentru studenţii care au proiect la Dispozitive şi circuite electronice în anul III, dar şi un manual de iniţiere pentru inginerii microelectronişti debutanţi, care lucrează la firme de proiectare a circuitelor integrate.
Introducerea în programa şcolară din facultatea de Electronică din Bucureşti a cursului de ”Modele SPICE ale Componentelor Electronice”, a fost făcută cu câţiva ani în urmă prin efortul profesorului Adrian Rusu.
Cursul de SPICE, cum le place studenţilor să-l denumească pe scurt, a apărut ca un curs modern, atractiv, cerut şi de cei din afară şi de cei din interiorul ţării, un curs cu legături strânse cu discipline de bază precum Dispozitive şi Circuite Electronice I şi II, Circuite Integrate Analogice şi Digitale şi Modelarea Componentelor Microelectronice Active.
Această carte răspunde cerinţelor formulate de către studenţi în fiecare an de studiu, pentru a avea un material într-o formă unitară pentru această disciplină.
Cartea aduce o prezentare didactică a modelelor dispozitivelor semiconductoare active, noi aspecte ale modelării acestora şi o nouă manieră de tratare comparativă a soluţiilor analitice şi simulate ale circuitelor electronice.
Autorii doresc ca această carte să reprezinte un element de continuitate în dezvoltarea şcolii româneşti de microelectronică, formată în Catedra de Dispozitive Circuite şi Aparate Electronice, din cadrul Facultăţii de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia Informaţiei, Universitatea “Politehnica” Bucureşti.
Contribuţia autorilor este următoarea:
Ş.l. dr. ing. Cristian Ravariu – subcapitolele 1.2, 1.3, 1.4 şi capitolele 2, 3, 4 şi 6.
Ş.l. dr. ing. Florin Babarada – subcapitolul 1.1 şi capitolele 5, 7 şi 8.
Prof. dr. ing. Adrian Rusu, membru corespondent al Academiei Române – coordonator lucrare.
Mihai Babarada – coperta lucrării.
Martie 2005.
Cuprins
Partea I – Modele SPICE ale componentelor electronice active
Capitolul 1.
Introducere 12
SPICE – prezentare program, 12
Modele ale componentelor electronice, 16
Parametri de model – extractoare de parametri, 18
SPICE instrument software în firmele de proiectare IC, 22
Bibliografie, 26
Capitolul 2.
Modele SPICE pentru diode 27
Descrierea unei diode în SPICE, 27
Modelarea caracteristicilor statice directe, 28
Modelarea capacităţilor în polarizare inversă, 31
Modelarea caracteristicilor statice inverse, 32
Modelarea caracteristicilor în regimul de străpungere, 32
Modelarea regimului de comutaţie, 34
Concluzii, 35
Bibliografie, 36
Capitolul 3.
Modele SPICE ale Tranzistoarelor Bipolare 37
Descrierea unui tranzistor bipolar în SPICE, 37
Modelarea regimului static, 38
Modelul Ebers-Moll fundamental, 38
Efectul rezistenţelor serie, 43
Efectul Early, 48
Efectul curenţilor de generare-recombinare, 51
Efectul de nivel mare de injecţie, 54
Modelarea regimului dinamic al tranzistorului bipolar, 56
BluePink 
