Определение параметров модели биполярного транзистора в программе OrCAD 9.2 (стр. 3 из 6)

(20)

где tBF и tBR - двухзарядные управляющие постоянные времени.

Уравнение (20) может быть приведено к следующей форме:

(21)

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 qе и qс моделируют эффект модуляции ширины базы, в то время как qBF и qBR моделируют эффекты высокого уровня инжекции.

С помощью введенных нормированных переменных уравнение (21) можно переписать в следующем виде:

(22)

где


(23)

Слагаемое q1 моделирует эффекты модуляции ширины базы. Если эффект Эрли можно не учитывать, то q1 стремится к единице. Слагаемое q2 заряда базы учитывает избыточный заряд основных носителей базы, который получен из инжектированных неосновных носителей, следовательно, q2 моделирует эффекты высокого уровня инжекции. Если эффекты высокого уровня инжекции не влияют на работу транзистора, то q2 будет малым.

Выражение (22) выражается квадратным уравнением для qB , конечное решение которого может быть написано как [3]

,(24)

отрицательное решение опущено, т.к. qb положительно.

(25)

где

- ток начала спада зависимости bF от тока коллектора в нормальном режиме;
- ток начала спада зависимости bR от тока эмиттера в инверсном режиме.

Для высокого уровня инжекции, когда эффект Эрли действует значительно меньше по сравнению с эффектами высокого уровня инжекции, имеем q2 >q1 . В этой ситуации нормированный заряд базы описывается асимптотическим выражением для высоких напряжений смещения

(26)

Следовательно, формула для коллекторного тока будет иметь вид

(27)

Данная модель также принимает во внимание зависимость сопротивления базы от тока (шнурование тока). Здесь объемное сопротивление базы описывается сопротивлением базы rBB 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]:

Нормальная активная область


(28)

Инверсная область

(29)

Область насыщения

(30)

Область отсечки

(31)

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 (IS );

BFМаксимальный коэффициент передачи тока в нормальном режиме в схеме с ОЭ (без учета токов утечки) (bF );

BRМаксимальный коэффициент передачи тока в инверсном режиме в схеме с ОЭ (без учета токов утечки) (bR );

NEКоэффициент неидеальности перехода Б-Э (nEL );

NCКоэффициент неидеальности перехода К-Б (nCL );

VAFНапряжение Эрли в нормальном режиме (VА );

VARНапряжение Эрли в инверсном режиме (VB );

IKFТок начала спада зависимости BF от тока коллектора в нормальном режиме (IKF );

IKRТок начала спада зависимости BR от тока эмиттера в инверсном режиме (IKR );

RBСопротивление базы при нулевом смещении перехода Б-Э (rB );

RBMМинимальное сопротивление базы при больших токах (rBM );

IRBТок, при котором сопротивление базы падает на 50% к его минимальному значению (IrB );

ISEТок насыщения утечки перехода Б-Э (ISE = C2 IS );

ISCТок насыщения утечки перехода Б-К (ISC = C4 IS );

NFКоэффициент неидеальности в нормальном режиме (nF );

NRКоэффициент неидеальности в инверсном режиме (nR );

NKКоэффициент, определяющий множитель qb (nKF );

ISSОбратный ток p-n-перехода подложки (ISSUB );

NSКоэффициент неидеальности перехода подложки (nS ).

Обозначения, используемые в тексте, указаны в круглых скобках.

Параметр nF моделирует прямой ток коллектора при слабых токах - это есть показатель экспоненты тока коллектора, который определяет наклон характеристики IC от VBE в логарифмическом масштабе; nR имеет тот же самый смысл в инверсном режиме.

Четырьмя параметрами модели: C2, nEL (для bF ) и C4, nKL (для bR ) описывается спад b при низких токах.

Модуляция ширины базы. Этот эффект описан двумя параметрами, VА и VB , которые отождествлены в компоненты qC и qE [см. выражение (21)].

Должно быть отмечено, что т.к. VА , VB , IKF и IKR 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 rC 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 rE обычно является сопротивление контакта (порядка единиц Ом). rE , которым часто пренебрегают, необходимо обычно принимать маленьким, постоянным значением.

Объемное сопротивление базы rBB между внешним и внутренним выводами базы состоит из двух отдельных сопротивлений [1]. Внешнее постоянное сопротивление rB (внешнее сопротивление базы) состоит из сопротивления контакта и поверхностного сопротивления внешней области базы. Сопротивление внутренней области базы rBM 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]

(32)

где rBM - минимальное сопротивление базы, которое имеет место при больших токах; rB - 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

(33)

где IrB - ток, при котором сопротивление базы падает на 50 % к его минимальному значению.

Зависимость тока от сопротивления базы смоделирована в PSpice следующим образом:

(34)

где z находится по формуле (33).

В формулах (14) и (15) вместо C2 IS , C4 IS были введены два новых параметра: обратный ток насыщения Э перехода I (IBЕ) и обратный ток насыщения К перехода IBC (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]:

Вертикальный БТ

(35)

Горизонтальный БТ

(36)

В приведенные выше уравнения были введены два новых параметра: ISSUB (ISS) – обратный ток p-n-перехода подложки; и nS (NS) - коэффициент неидеальности перехода подложки.

Окончательное уравнение заряда принимает форму []


ДОБАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ  [можно без регистрации]
перед публикацией все комментарии рассматриваются модератором сайта - спам опубликован не будет

Ваше имя:

Комментарий

Хотите опубликовать свою статью или создать цикл из статей и лекций?
Это очень просто – нужна только регистрация на сайте.

Copyright © MirZnanii.com 2015-2018. All rigths reserved.