Определение параметров модели биполярного транзистора в программе OrCAD 9.2 - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа

Главная

Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Определение параметров модели биполярного транзистора в программе OrCAD 9.2

Модели биполярного транзистора в программе схемотехнического анализа PSpice. Представление уравнений, описывающих статические и электрические характеристики преобразователя. Зависимость параметров полупроводникового прибора от температуры и площади.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
по проектированию и конструированию полупроводниковых приборов и элементов ИМС
1. Тема: Определение параметров модели биполярного транзистора в программе OrCAD 9.2.
2. Срок представления проекта к защите:
3. Исходные данные для научного исследования: научно-техническая информация
4. Содержание пояснительной записки курсового проекта:
4.1. Модель биполярного транзистора в программе схемотехнического анализа Pspice. Статические и динамические параметры
4.2. Уравнения, описывающие электрические характеристики транзистора
4.3. Методы экстракции статических параметров модели биполярного транзистора из результатов измерения характеристик и параметров
4.4. Методы экстракции динамических параметров модели биполярного транзистора из результатов измерения динамических характеристик и параметров
5. Перечень графического материала:
5.1. Эквивалентная схема модели биполярного транзистора
Руководитель проекта, к.ф.-м.н., зав. кафедрой_________________
Задание принял к исполнению_______________________________
1. Модель биполярного транзистора (БТ) в программе схемотехнического анализа PSpice
2. Модель биполярного транзистора в статическом режиме работы
2.1 Уравнения, описывающие статические характеристики транзистора
2.2 Параметры, описывающие статическую модель БТ
2.3 Методы экстракции статических параметров модели БТ из результатов измерения статических характеристик и параметров
3.1 Уравнения, описывающие электрические характеристики БТ в динамическом режиме
3.2 Параметры модели БТ в динамическом режиме
3.3 Методы экстракции динамических параметров модели БТ из результатов измерения динамических характеристик и параметров
4. Зависимость параметров модели БТ от температуры и площади
Пояснительная записка содержит 50 листов, 18 рисунков, 5 источников, 1 приложение
Перечень ключевых слов: биполярный транзистор, модель, эквивалентная схема, параметр модели, вольтамперная характеристика, ток, напряжение
Объект разработки: модель биполярного транзистора в программе схемотехнического анализа OrCAD 9.2
Цель работы: изучение и анализ характеристик и параметров модели биполярного транзистора
Методы разработки: проводился анализ научно-технической литературы
Полученные результаты: в процессе работы получено объяснение уравнений математической модели биполярного транзистора, ее параметров
Область применения: применение работы в качестве методического материала, для изучения модели диода в PSpice
Основные конструктивные и технико-эксплуатационные характеристики: нет
В настоящее время машинные методы все шире используются при разработке радиоэлектронной аппаратуры. Особенно большое эти методы имеют при проектировании интегральных схем (ИС), что обусловлено их сложностью, наличием паразитных связей между компонентами.
Точность машинного расчета характеристик любой ИС практически полностью определяется точностью используемых математических моделей элементов схемы. Биполярный транзистор - один из самых распространенных приборов в радиоэлектронике, соответственно модели биполярного транзистора (БТ) есть во всех современных моделирующих программах.
При моделировании различных схем на БТ важно знать его основные параметры, способы их измерения и определения, зависимости этих параметров от различных факторов. Поэтому целью данного курсового проекта стало изучение принципов построения БТ на примере известной программы схемотехнического моделирования PSpice, которая является основой системы OrCAD 9.2.
1 . Модель биполярного транзистора в программе схемотехнического анализа PSpice
Основу системы OrCAD 9.2 составляет программа PSpice, которая является наиболее известной модификацией программы схемотехнического моделирования SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis - моделирующая программа, ориентированная на интегральные схемы). В качестве модели биполярного транзистора (БТ) в PSpice используется один из вариантов модели Гуммеля-Пуна (Г-П), эквивалентная схема которого приведена на рисунке 1. В основе этой модели лежит передаточная эквивалентная схема, представленная на рисунке диодами I BE1 /BF, I BС1 /BR и генератором тока (I BE1 -I BC1 )/Q B . Эти элементы отражают передачу тока основных носителей в прямом (от эмиттера к коллектору) и обратном направлении [2].
Рисунок 1 - Схема замещения биполярного n-p-n-транзистора: модель Гуммеля-Пуна [5]
Поскольку токи I BE1 и I BC1 отражают токи неосновных носителей, то иногда их называют идеальными составляющими, так как в идеальном транзисторе только эти токи вносят полезный вклад.
Диоды с токами I BE2 и I BC2 отражают паразитные токи основных носителей. Токи основных носителей влияют на режимные зависимости коэффициентов передачи токов транзистора. Эти диоды включены в эквивалентную схему рисунка 1, для того чтобы моделировать рост коэффициентов передачи токов транзистора и в области низких уровней инжекции [2].
Рассмотрим назначение остальных элементов эквивалентной схемы транзистора. Как показано на рисунке 1, БТ моделируется как внутренний транзистор с омическими сопротивлениями, включенными последовательно с коллектором (с), базой (b) и эмиттером (е). RE, RC, - объемные сопротивления коллектора и эмиттера. Сопротивление RB - нелинейное сопротивление базы.
Для расчета транзистора в динамическом режиме необходимо учитывать емкости p-n-переходов. Поэтому в эквивалентную схему параллельно p-n-переходам необходимо включить конденсаторы. Емкость эмиттерного перехода, представленная в схеме конденсатором C JBE , состоит из двух составляющих: барьерной и диффузионной. Емкость коллекторного перехода, как видно из рисунка 1, разделена на две составляющие: одна из них C JBC относится к активной части коллекторного перехода, лежащей под эмиттером, и подключена параллельно переходу коллектор - база (К-Б); другая C BX относится к пассивной части перехода К-Б, лежащей вне эмиттера, и подключена непосредственно к базовому выводу. Диффузионная емкость коллекторного перехода целиком отнесена к емкости его активной части.
Емкость перехода коллектор - подложка (К-П) в модели содержит только одну составляющую - барьерную емкость C JS . Вывод подложки S подключается по-разному в зависимости от конструкции БТ. Обычно цепочка, моделирующая переход К-П, подключена к коллектору. Однако для горизонтальных p-n-p транзисторов, описываемых в PSpice моделью с именем LPNP, подложка образует p-n-переход с базой транзистора и соответственно цепочка, моделирующая этот переход, подключается к базе.
Элементы I EPI - управляемый источник тока, и две нелинейных емкости, заряды которых на рисунке 1 обозначены Q 0 и Q W , характеризуют режим квазинасыщения. Этот режим характеризуется прямым смещением перехода внутренняя база - коллектор, в то время как переход наружная база - коллектор остается смещенным в обратном направлении. В результате искажается начальный участок выходных характеристик транзистора вблизи области насыщения [2].
Модель Г-П (рисунок 1) автоматически упрощается до более простой модели Эберса-Молла (Э-М), если опустить некоторые параметры. Эквивалентная схема этой модели для n-p-n-структуры изображена на рисунке 2. Параметры полной математической модели БТ в PSpice приведены в таблице приложения А [5].
Рисунок 2 - Схема замещения биполярного n-p-n-транзистора: передаточная модель Э-М
Электрические модели приборов делятся на статические и динамические. Статические электрические модели отражают стационарное состояние прибора при неизменных внешних управляющих воздействиях и не учитывают переходные процессы и характеристики в приборе. Динамические модели дополнительно отражают переходные процессы, электрические характеристики, изменяющиеся во времени, определяющие поведение прибора при изменении во времени управляющих воздействий.
Обычно моделированию предшествует математический анализ. Под математической моделью понимается система уравнений (или математическое описание другого вида), позволяющая определить с требуемой точностью необходимые характеристики компонента в различных условиях работы. Например, статическая модель транзистора описывается системой уравнений, связывающих токи, напряжения на выводах прибора с его параметрами при работе в статическом режиме [4].
Поэтому, для того чтобы разобраться в принципах построения модели БТ в программе PSpice рассмотрим основные уравнения, описывающие электрические характеристики транзистора. В следующих разделах будут рассмотрены статическая и динамическая PSpice модели БТ и параметры, описывающие их, зависимость параметров моделей от температуры и площади. Малосигнальная модель, а также модель, учитывающая источники шумов в рамках данной работы не рассматриваются.
2 . Модель БТ в статическом режиме работы
2.1 Уравнения, описывающие статические характеристики транзистора
Отправной точкой для анализа служит "передаточный вариант" уравнений Эберса-Молла. БТ может рассматриваться как взаимодействующая пара p-n-переходов. Модель Э-М основана на суперпозиции нормального и инверсного транзисторов, работающих в активном режиме. P-n-переходы представляют в виде диодов. Часть тока диода передается через базу транзистора и собирается другим электродом. Этот ток учитывается генератором тока (ГТ), включенным в эквивалентную схему. Модель Э-М связывает токи на выводах транзистора с напряжением на p-n-переходах, поэтому она удобна для автоматического анализа электронных схем [4].
В идеальной передаточной модели в качестве токов связи используются токи, коллектируемые p-n-переходами. Эти токи в эквивалентной схеме моделируются ГТ I CC и I EC . В Spice программах два опорных ГТ заменяют на один источник тока I CT , включенный между эмиттером и коллектором. I CT определяется следующим выражением [1]:
где I S - ток насыщения, kT/q = V T - тепловой потенциал, V BE - напряжение перехода Э-Б, V BC - напряжение перехода К-Б.
Эквивалентная схема передаточной модели Э-М приведена на рисунке 3.
Рисунок 3 - Передаточная модель Э-М в Spice [1]
Тогда, согласно [1] токи, текущие через, диоды станут равными:
где F и R , соответственно, коэффициенты передачи по току в схеме с общим эмиттером в нормальном и инверсном режимах.
Эта модель рекомендуется, когда БТ работает как переключатель на постоянном токе или в определенно узком диапазоне напряжений.
Включение трех постоянных резисторов (r E , r B , r C ) улучшает характеристику модели по постоянному току. Они представляют омические сопротивления транзистора между его активной областью и его К, Э, и Б выводами, соответственно. Эти резисторы включены в модель, как показано на рисунке 4.
Рисунок 4 - Статическая модель Э-М в PSpice [1]
Данная модель учитывает модуляцию ширины базовой области (эффект Эрли). Как показано в [3], ширина обедненной области обратносмещенного p-n-перехода зависит от напряжения. В БТ изменение напряжения смещения коллекторного перехода вызывает изменение ширины области его объемного заряда (ООЗ) и, следовательно, ширины квазинейтральной области базы. Эти изменения представляют собой источник ряда физических эффектов, усложняющих анализ характеристик транзистора в режиме линейного усилителя.
В общем, эффект Эрли - есть зависимость тока I S а, следовательно, и тока коллектора I C , коэффициента передачи F как функции от V BC . На рисунке 5 представлен график зависимости I C от V CE , иллюстрирующий эффект модуляции ширины базы.
пунктирные линии - идеальная модель;
сплошные линии - реальная модель (с учетом эффекта Эрли)
Рисунок 5 - График зависимости I C от V CE [3]
Анализируя работу БТ в линейной области, сначала определяется ширина базы относительно эффекта Эрли, а затем параметры, зависящие от ширины базы W B . Результаты анализа будут записаны следующим образом [1]:
где V А - дополнительный параметр - напряжение Эрли - определяется как
и - I S (0), F (0) есть значения параметров при V BC = 0.
Учитывая эффект модуляции ширины базы, выражение (1) следует изменить, согласно (6). Выражение для I CT станет следующим:
А выходные токи модели будут описаны следующими уравнениями:
где GMIN - минимальная проводимость включается параллельно с каждым переходом, которая автоматически добавляется для того чтобы осуществить сходимость (ее значение по умолчанию равно 10 -12 См).
Модель Э-М не учитывает ряд физических эффектов, наблюдаемых в реальных структурах.
Два наиболее важных из них - эффекты низкого и высокого уровней инжекции.
Чтобы учесть эти эффекты второго порядка, в PSpice была реализована модель Г-П.
В модели используется обобщенное соотношение управления зарядом, которое позволяет выразить ток, передаваемый от эмиттера к коллектору через напряжения на p-n-переходах и общий заряд в базе Q B [4].
В результате, модель Э-М можно модифицировать, описав следующие эффекты второго порядка [3]:
1 Рекомбинацию в ООЗ перехода Э-Б при малых напряжениях смещения V BE ;
2 Снижение коэффициента усиления по току, наблюдаемое при больших токах;
3 Полное описание эффекта Эрли на ток связи между Э и К.
На рисунке 6 представлен типичный график зависимости F от I C .
Рисунок 7 - График зависимости F от I C при V BC = 0[1]
Как видно из рисунка 6, выделяют три области зависимости F от I C : I - область слабых токов, II - область средних токов, III - область больших токов.
В области II модель Э-М имеет силу, и токи даются следующими выражениями (при V BC = 0):
где F в этой области принимает максимальное значение и определяется параметром F М .
Снижение F при слабых токах вызвано дополнительными компонентами I B , которые до сих пор не учитывались.
Для нормальной активной области при V BC = 0, существует три дополнительных компонента, которые обусловлены следующими явлениями:
1 Рекомбинация носителей на поверхности;
2 Рекомбинация носителей в ООЗ перехода Э-Б;
3 Формирование каналов на поверхности перехода Б-Э.
Сумма трех составляющих равняется составному току, который необходимо прибавить к току базы соотношения (11) [1]:
где n EL - коэффициент неидеальности перехода Б-Э.
Доминирующей составляющей обычно является рекомбинация в ООЗ перехода Э-Б.
Поэтому, при V BC = 0, ток базы приближенно равен
где член I S . c ompo s it e в формуле (12) был заменен на C 2 I S (0); то есть соотношение было приведено к I S (0).
С 2 - коэффициент, определяющий ток насыщения утечки перехода Б-Э.
Если переход Б-К смещен в прямом направлении, то выражение для I B тогда становится равным
где n CL - коэффициент неидеальности перехода Б-К, и C 4 - коэффициент, определяющий ток насыщения утечки перехода Б-Э.
Выражение для I C тогда становится равным:
Дополнительные составляющие тока базы I B включены в схему модели посредством двух неидеальных диодов, как показано на рисунке 7.
Рисунок 7 - Статическая модель Гуммеля-Пуна[1]
Для того чтобы учесть эффект сильных токов и эффект Эрли, достаточно модифицировать параметр I S , который является множителем в выражении (1) для тока связи между эмиттером и коллектором. Согласно [1], I S может быть определено как
где D n - эффективный коэффициент диффузии в базе, n i - собственная концентрация, A J - одномерная площадь поперечного сечения, p 0 (x) - равновесная концентрация дырок в нейтральной базе и областях обеднения.
Новое выражение для I S получено из рассмотрения уравнений для плотности тока в БТ. Это новое выражение неотъемлемо включает эффекты модуляции ширины базы и высокого уровня инжекции.
В модели Г-П полный заряд основных носителей в нейтральной базе выражается символом Q B и определяется следующим выражением:
На рисунке 8 приведен базовый профиль для одномерного n-p-n-транзистора.
Рисунок 8 - Базовый профиль для n-p-n-транзистора []
В модели Г-П заряд Q B представлен составляющими, которые зависят от напряжения смещения и легко рассчитываются. В модели имеется встроенный заряд - заряд основных носителей в базе при нулевом смещении Q B 0 , определяемый как
где N A (x) - концентрация акцепторов в базе.
Приведенный заряд основных носителей в базе q B определен как
Помимо члена соотношения (18), в модель входят накопленные заряды эмиттерного C JE V BE и коллекторного C JC V BC переходов плюс заряд, связанный с прямой BF I CC и инверсной BR I EC инжекцией неосновных носителей базы. В результате их сложения выражение для приведенного заряда базы имеет вид:
где BF и BR - двухзарядные управляющие постоянные времени.
Уравнение (20) может быть приведено к следующей форме:
где и - напряжения Эрли для инверсного режима и эквивалентного напряжения Эрли для нормального режима, совпадают с определением, данным в выражении (8); и - смотрите выражение (1).
Заметим, что q е и q с моделируют эффект модуляции ширины базы, в то время как q BF и q BR моделируют эффекты высокого уровня инжекции.
С помощью введенных нормированных переменных уравнение (21) можно переписать в следующем виде:
Слагаемое q 1 моделирует эффекты модуляции ширины базы. Если эффект Эрли можно не учитывать, то q 1 стремится к единице. Слагаемое q 2 заряда базы учитывает избыточный заряд основных носителей базы, который получен из инжектированных неосновных носителей, следовательно, q 2 моделирует эффекты высокого уровня инжекции. Если эффекты высокого уровня инжекции не влияют на работу транзистора, то q 2 будет малым.
Выражение (22) выражается квадратным уравнением для q B , конечное решение которого может быть написано как [3]
отрицательное решение опущено, т.к. q b положительно.
где - ток начала спада зависимости F от тока коллектора в нормальном режиме; - ток начала спада зависимости R от тока эмиттера в инверсном режиме.
Для высокого уровня инжекции, когда эффект Эрли действует значительно меньше по сравнению с эффектами высокого уровня инжекции, имеем q 2 >q 1 . В этой ситуации нормированный заряд базы описывается асимптотическим выражением для высоких напряжений смещения
Следовательно, формула для коллекторного тока будет иметь вид
Данная модель также принимает во внимание зависимость сопротивления базы от тока (шнурование тока). Здесь объемное сопротивление базы описывается сопротивлением базы r BB ' между внешним и внутренним выводами базы.
Полная модель Г-П, которая учитывает описанные выше эффекты, показана на рисунке 9.
Рисунок 9 - Статическая модель БТ в PSpice
Согласно вышеприведенным соотношениям характеристики БТ по постоянному току могут быть заданы следующими уравнениями [1]:
2.2 Параметры, описывающие статическую модель БТ
Параметры, требуемые для модели БТ могут быть заданы в опции .МОDEL. Для описания статической модели БТ необходимо задать следующие параметры [1]:
ISТок насыщения при температуре 27°С (I S );
BFМаксимальный коэффициент передачи тока в нормальном режиме в схеме с ОЭ (без учета токов утечки) ( F );
BRМаксимальный коэффициент передачи тока в инверсном режиме в схеме с ОЭ (без учета токов утечки) ( R );
NEКоэффициент неидеальности перехода Б-Э (n EL );
NCКоэффициент неидеальности перехода К-Б (n CL );
VAFНапряжение Эрли в нормальном режиме (V А );
VARНапряжение Эрли в инверсном режиме (V B );
IKFТок начала спада зависимости BF от тока коллектора в нормальном режиме (I KF );
IKRТок начала спада зависимости BR от тока эмиттера в инверсном режиме (I KR );
RBСопротивление базы при нулевом смещении перехода Б-Э (r B );
RBMМинимальное сопротивление базы при больших токах (r BM );
IRBТок, при котором сопротивление базы падает на 50% к его минимальному значению (I rB );
ISEТок насыщения утечки перехода Б-Э (I SE = C 2 I S );
ISCТок насыщения утечки перехода Б-К (I SC = C 4 I S );
NFКоэффициент неидеальности в нормальном режиме (n F );
NRКоэффициент неидеальности в инверсном режиме (n R );
NKКоэффициент, определяющий множитель q b (n KF );
ISSОбратный ток p-n-перехода подложки (I SSUB );
NSКоэффициент неидеальности перехода подложки (n S ).
Обозначения, используемые в тексте, указаны в круглых скобках.
Параметр n F моделирует прямой ток коллектора при слабых токах - это есть показатель экспоненты тока коллектора, который определяет наклон характеристики I C от V BE в логарифмическом масштабе; n R имеет тот же самый смысл в инверсном режиме.
Четырьмя параметрами модели: C2, n EL (для F ) и C4, n KL (для R ) описывается спад при низких токах.
Модуляция ширины базы. Этот эффект описан двумя параметрами, V А и V B , которые отождествлены в компоненты q C и q E [см. выражение (21)].
Должно быть отмечено, что т.к. V А , V B , I KF и I KR не могут быть равны нулю, PSpice интерпретирует нулевые значения для этих параметров как бесконечные.
Включены три омических сопротивления RB, RC и RE, где RB может быть зависимым от сильных токов. Сопротивление r C уменьшает наклон кривых в области насыщения для низких напряжений К-Э. Сопротивление коллектора может ограничивать токопередаточную способность БТ, и это также воздействует на максимальную рабочую частоту при больших токах.
Эмиттер - наиболее сильно легированная область в транзисторе. По этой причине, доминирующий компонент сопротивления эмиттера r E обычно является сопротивление контакта (порядка единиц Ом). r E , которым часто пренебрегают, необходимо обычно принимать маленьким, постоянным значением.
Объемное сопротивление базы r BB ' между внешним и внутренним выводами базы состоит из двух отдельных сопротивлений [1]. Внешнее постоянное сопротивление r B (внешнее сопротивление базы) состоит из сопротивления контакта и поверхностного сопротивления внешней области базы. Сопротивление внутренней области базы r BM характеризует сопротивление активной области базы, являющейся частью базы, находящейся непосредственно под эмиттером. Это сопротивление является функцией тока базы. Зависимость этого сопротивления по току устройства возникает в результате отличного от нуля удельного сопротивления базовой области.
Можно показать, что полное сопротивление базы может быть выражено как [5]
где r BM - минимальное сопротивление базы, которое имеет место при больших токах; r B - сопротивление базы при нулевом смещении (маленькие токи базы), и z - переменная относительно удельного сопротивления базы, теплового потенциала и внутренней (эффективной) длины базы.
Чтобы сократить сложность вычисления в расчете z, используется метод приближения, отображающий cos z в соответствии с первыми двумя слагаемыми ряда Макларена. Значение z из этого приближения есть
где I rB - ток, при котором сопротивление базы падает на 50 % к его минимальному значению.
Зависимость тока от сопротивления базы смоделирована в PSpice следующим образом:
В формулах (14) и (15) вместо C 2 I S , C 4 I S были введены два новых параметра: обратный ток насыщения Э перехода I BЕ (IBЕ) и обратный ток насыщения К перехода I BC (IBC), оба с размерностью [А]. Если и IBЕ, и IBC определены в опции .MODEL, PSpice использует их вместо IS, вычисляет соответствующие компоненты перехода в уравнении (14), (15).
Переход подложки с диодом, соединенным или с коллектором или с базой, в зависимости от того, горизонтальный или вертикальный БТ, моделируется посредством параметра SUBS. Горизонтальная геометрия подразумевается когда параметр модели SUBS = - 1, и вертикальная геометрия когда SUBS = +1. Ток подложки - от подложки к коллектору - для вертикального БТ, и от подложки к базе - для горизонтального БТ определяется следующим образом [1]:
В приведенные выше уравнения были введены два новых параметра: I SSUB (ISS) - обратный ток p-n-перехода подложки; и n S (NS) - коэффициент неидеальности перехода подложки.
Окончательное уравнение заряда принимает форму []
где новый параметр n KF (NK) - коэффициент, определяющий множитель q b (по умолчанию равен 0,5).
2.3 Методы экстракции статических параметров модели из результатов измерения характеристик и параметров
Ток насыщения I S в модели Э-М экстраполируется отрезком прямой тока зависимости lnI C от V BE в прямой области и lnI E от V BC в обратной области, как показано на рисунке 10. График зависимости рисунка 10 показывает смысл параметров I S и b F .
Рисунок 10 -График зависимости lnI C (lnI B )от напряжения V BE (V BC )
Напряжение Эрли V A может быть получено непосредственно из зависимости I C от V CE . Наклон этих характеристик в нормальной активной области g 0 получается из уравнений (4) и (9), путём ослабления незначительный второго члена, и тогда дифференцируя относительно V BC (V BE принята постоянной), получим
Геометрический смысл соотношения (38) показывает, что V A получается из отрезка прямой экстраполирующей наклон относительно оси V CE (как показано на кривой рисунка 5). Например, наклон (50 кОм) -1 при I C (0) = 1 мА дает, из уравнения (38), V A = 50 В.
Для определения параметра ? F необходимо построить график зависимости lnI C и lnI B как функции V BE , как показано на рисунке 11. Так как вертикальная ось логарифмическая, F получается непосредственно из графика как расстояние между кривыми I C и I B .
Рисунок 11 - График зависимости lnI C и lnI B от V BE при V BC = 0 [1]
График зависимости lnI B от qV BE /kT при V BC = 0, приведенный на рисунке 12, иллюстрирует два компонента тока I B : идеальная компонента с наклоном 1 и неидеальная с наклоном равным 1/n EL . Экстраполяция этих прямолинейных участков на ось у дает значения C 2 I S (0) и I S (0)/ FM (0).
Подобный график lnI B как функции от V BC для инверсного режима работы дает значения для параметров модели C 4 и n CL . Типичное значение для C 2 (и C 4 ) составляет 10 3 , а типовое значение для n EL (и n CL ) - 2.
Из характеристики lnI C от V BE в двух экстремумах - высокого и низкого уровня инжекции - можно экспериментально определить параметр I KF .
Асимптота низкого тока дается следующим уравнением (для q e q c 0):
Рисунок 12 - График зависимости lnI C и lnI B от qV BE /kT при V BC = 0
Асимптота больших токов дается следующим соотношением
Пересечение двух асимптот определяет ток излома I KF и соответствующее ему напряжение излома V KF .
Из соотношения (40) следует, что при высоком уровне инжекции
в то время как из формулы (39) следует, что при низком уровне инжекции
Из решений уравнений (41) и (42) получается
Аналогично можно получить I KR , если построить график lnI E от V BC .
Дополнительный параметр модели Г-П может быть получен из поведения асимптоты в результате увеличения тока короткого замыкания I L (см. рисунок 6). Усиление по току постоянно при значении ? F М для I C > I L ; уменьшается с наклоном 1-n EL при I C < I L ; и уменьшается с наклоном минус единица для токов I C > I KF . I L дается приближенным соотношением:
3 . Динамическая модель БТ в PSpice
3.1 Уравнения, описывающие электрические характеристики БТ в динамическом режиме
Рассмотрим эффекты накопления заряда в устройстве на примере модели Э-М. Накопление заряда в БТ моделируется включением трех типов конденсаторов: двух нелинейных конденсаторов, учитывающих барьерные емкости p-n-переходов, двух нелинейных конденсаторов, учитывающих диффузионные емкости переходов, и постоянного конденсатора перехода подложки [1].
Заряд, связанный с подвижными носителями в БТ, моделируется диффузионными емкостями. Этот заряд разделен на две составляющие: один связан с опорным источником коллекторного тока I CC , и другой с опорным источником тока эмиттера I EC . Каждый компонент отображается конденсатором.
Чтобы вычислить диффузионную емкость, связанную с I CC , необходимо рассмотреть общее число подвижных зарядов, связанных с этим током. Поэтому примем, что переход Б-Э прямо смещен и V BC =0.
Для упрощенного одномерного случая постоянно легированной базы, незначительной рекомбинации в базе, и низкого уровня инжекции в БТ (см. рисунок 13), сумма подвижных зарядов Q DE , связанная с I CC , может быть записана как сумма отдельных неосновных зарядов:
где Q E - заряд неосновных носителей, запасенный в эмиттерной области, Q JE - заряд неосновных носителей в обедненной области перехода Э-Б, связанный с I CC (обычно принимают равным нулю), Q BF - заряд неосновных носителей, накопленный в нейтральной области базы, Q JC - заряд неосновных подвижных носителей в обедненной области перехода К-Б, связанный с I CC .
Рисунок 13 - Поперечный разрез n + -p-n - -транзистора, показывающий размещение компонент заряда [1]
Чтобы определить диффузионную емкость, необходимо рассмотреть только одну составляющую. Из уравнения (45) полный заряд подвижных носителей, связанный с I CC может также быть выражен как [1]
где E - время задержки эмиттера; EB - время пролета через ООЗ перехода Э-Б; BF - время пролета базы; CB - время пролета ООЗ перехода Б-К; и F - общее прямое время пролета (принятое здесь постоянным), которое представляет среднее время для неосновных носителей, необходимое для того чтобы диффундировать через нейтральную область базы из эмиттера к коллектору. Е B стремится к нулю.
Подобный анализ общего заряда подвижных носителей, связанного с I EC приводит к
где Q C - заряд неосновных подвижных носителей, накопленный в нейтральной области коллектора; Q JC - заряд неосновных носителей в ООЗ перехода К-Б, связанный с I EC ; Q BR - заряд неосновных носителей, накопленный в нейтральной области базы; Q JE - заряд неосновных носителей в ООЗ Э-Б, связанный с I EC . Если заряд Q JC принять равным 0, тогда из уравнения (47) следует
где C - время задержки коллектора, BR - обратное время пролета Б, и R - полное обратное время пролета (принят постоянным). С B стремится к нулю.
Два заряда Q DE и Q DC моделируются двумя нелинейными конденсаторами
Рисунок 14 - Модель Эберса-Молла для большого сигнала
С ростом приращений на переходах неподвижные заряды Q JE и Q JC , накопленные в обедненных областях БТ, могут быть смоделированы двумя конденсаторами - называемыми барьерными емкостями. Эти емкости, обозначенные C JE для перехода Б-Э и C JC для коллекторного перехода, включены в модель, как это показано на рисунке 14. Каждая емкость перехода - нелинейная функция от напряжения на выводах перехода, с которым соединена.
В [1] показано, что обе эти зависимости имеют следующий вид:
где C J (0) -
Определение параметров модели биполярного транзистора в программе OrCAD 9.2 курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Реферат: Примеры измерительных информационных систем
Контрольная работа по теме Решение систем линейных уравнений. Теория вероятности
Реферат: E-Mail
Эссе Влияние Договорных Отношений На Экономику Страны
Почему Князь Андрей И Пьер Друзья Сочинение
Реферат На Тему Гипотеза
Лекция 31. Правосознание.
Курсовая работа: Прогнозирование как метод государственного регулирования в рыночной экономике России
Реферат Возможности Справочной Системы Программы 1с Бухгалтерия
Курсовая Работа На Тему Конденсатор Переменной Емкости: Минимальная Ёмкость Сmin-7 Пф; Максимальная Ёмкость Сmax–160 Пф
Реферат по теме Фрейд и его понимание человека
Конспекты лекций: Педагогика
Роль Женщины В Семье Сочинение
Контрольная Работа По Теме Основы Экологии
Курсовая Работа На Тему Изобразительное Искусство
Сочинение М Булгаков Роковые Яйца
Сочинение По Дубровскому 6 Класс Описание Троекурова
Доклад по теме Электронные и печатные СМИ: конвергенция или антагонизм
Банк Курсовых И Дипломных Работ
Основные Понятия Специальной Педагогики Реферат
Учет основных средств ООО "АгроСтимул" - Бухгалтерский учет и аудит курсовая работа
Производственная безопасность на предприятии - Безопасность жизнедеятельности и охрана труда контрольная работа
Уголовно-правовая характеристика организованной наркопреступности - Государство и право дипломная работа