Материал: sb000034

Скачать

Заказать новую работу

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

Федеральное агентство по образованию

____________________________

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет "ЛЭТИ"

___________________________________________________

МОДЕЛИРОВАНИЕ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ

Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине

"Твердотельная электроника"

Санкт-Петербург Издательство СПбГЭТУ "ЛЭТИ" 2006

УДК 621.382

Моделирование биполярного транзистора при проектировании электронных схем: Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине "Твердотельная электроника" / Сост.: Б. В. Иванов, А. Д. Тупицын. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2006. 32 с.

Курсовая работа по дисциплине "Твердотельная электроника" посвящена экспериментальному исследованию параметров биполярного транзистора для настройки его моделей, проектированию усилителя низкой частоты, использующего этот транзистор, и экспериментальному исследованию этого усилителя. Целью работы является изучение и исследование основных параметров биполярного транзистора, определяющих работу линейного усилителя низкой частоты, на основе математических моделей и экспериментальных измерений.

Методические указания предназначены студентам, обучающимся по направлению 210100 (654100) "Электроника и микроэлектроника".

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве методических указаний

© СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2006

2

1. МОДЕЛИРОВАНИЕ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА

1.1. Модель Гуммеля – Пуна биполярного транзистора

Для расчета электронных схем, использующих биполярные транзисторы (БТ), важно выбрать модель транзистора достаточно адекватную и простую. В широком спектре моделей БТ следует выделить модель Гуммеля – Пуна, относящуюся к нелинейным схемным моделям (рис. 1.1), которая позволяет учесть эффекты, возникающие при больших смещениях на переходах [1]–[4]. Главным достоинством этой модели является то, что она в большинстве случаев позволяет получить физически интерпретируемый результат.

Рис. 1.1. Модель Гуммеля – Пуна n–p–n-транзистора

Статический режим работы транзистора описывается следующими

соотношениями:

Ib

Ibe1 / F

Ibe2 Ibc1 / R

Ibc2 ,

IC

Ibe1 / Qb Ibc1 / Qb Ibc1 / R Ibc2 ,

Ibe1

IS exp(Ube /(NFUT ))

1 ,

Ibe2

ISE exp(Ube /(NEUT ))

1 ,

Ibc1

IS exp(Ubc /(NRUT ))

1 ,

Ibc2

ISC exp(Ubc /(NCUT ))

1 .

Здесь UT

0,0259 В – тепловой потенциал.

 

Qb

Заряд основных носителей в базе

Заряд основных носителей в базе при нулевом смещении

3

Q [1 (1

4Q

2

)NK ] / 2

, Q 1/(1

U

bc

/U

AF

U

be

/U

AR

),

1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

Q2 Ibe1 / IKF

Ibc1 / IKR .

 

 

 

 

 

Объемное сопротивление базы RВВ характеризуется двумя составляющими. Первая составляющая RB определяет сопротивление вывода базы и сопротивление внешней области базы, которое не зависит от тока базы Ib. Вторая составляющая RBM характеризует сопротивление активной области базы, находящейся непосредственно под эмиттером; это сопро-

тивление зависит от тока Ib. Объемное сопротивление базы RBB опреде-

ляется следующими выражениями в зависимости от параметра IRB:

 

RBM

(RB

RBM ) / Qb

 

 

при IRB

;

RBB

 

 

X ) /( X tg2 X ) при IRB

0 ,

 

R

3(R

R )(tg X

 

BM

B

BM

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где X ( 1 14,59025Ib / IRB

1) /(2,4317

 

Ib / IRB ) .

 

Динамические свойства переходов учтены включением в модель емкостей коллектора, эмиттера и подложки, которые имеют диффузионные и

барьерные составляющие.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Емкость

перехода

база–эмиттер

 

имеет

вид

Cbe

Ctbe

 

Cjbe,

где Ctbe

tfGbe – диффузионная емкость,

Gbe

dIbe / dUbe

– дифферен-

циальная проводимость

перехода

база

–

эмиттер

в

рабочей

 

точке,

tf TF[1

XTF (3x2

2x3 ) exp(Ubc /(1,44 UTF )],

x

Ibe1 /(Ibe1

ITF ); Cjbe – барь-

ерная

емкость,

определяемая,

как

Cjbe

Cje (1

Ube / U je ) MJE

 

при

U

FC U

je

и

C

jbe

C

je

(1 FC)

(1 MJE )[1

FC(1

MJE)

MJE U

be

/ U

je

be

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

при Ube >FC·Uje.

Емкость перехода база – коллектор расщепляется на две составляющие:

1) емкость между внутренней базой и коллектором Cbe:

Cbc Ctbc XCJC Cjbc , где Ctbc TR Gbc и Gbc dIbc1 / dUbc ;

4

C

jbc

C

jc

(1

U

bc

/ U

jc

) MJC

при U

FC U

jc

и

 

 

 

 

 

 

bc

 

 

Cjbc

Cjc (1

FC) (1

MJC )[1

FC(1 MJC)

MJC Ubc / U jc ] при Ubc >FC·Ujc;

2) емкость между внешним выводом базы и коллектором Cbx:

C

C

jc

(1

X

CJC

)(1

U

bx

/ U

jc

) MJC

при U

 

FC U

jc

и

bx

 

 

 

 

 

 

 

bx

 

 

 

Cjbc

Cjc (1

XCJC )(1

FC) (1 MJC )[1

FC(1

MJC)

MJC Ubx / U jc ] при

Ubc

FC Ujc . Модель Гуммеля – Пуна включает многие физические эф-

фекты и позволяет рассчитывать характеристики электрических цепей с биполярными транзисторами в качестве активных элементов при доста-

точно умеренных вычислительных затратах.

1.1.1. Измерение основных параметров транзистора для модели Гуммеля – Пуна

Компьютерные программы схемотехнического моделирования использующие SPICE-технологию, как правило, имеют библиотеки полупроводниковых приборов, содержащие параметры их моделей. Для биполярных транзисторов – это параметры модели Гуммеля – Пуна, поставляемые фирмами, производящими транзисторы.

Рис. 1.2. Стенд для исследования параметров транзистора

Однако не все существующие БТ представлены в этих библиотеках. Кроме того, из-за разброса параметры реального БТ отличаются от параметров базового. В этом случае необходимо экспериментально измерить

5

Смотрите также:

«ДОХОДЫ, РАСХОДЫ И ПРИБЫЛЬ КОММЕРЧЕСКОГО БАНКА.»
«ДОХОДЫ, РАСХОДЫ И ПРИБЫЛЬ КОММЕРЧЕСКОГО БАНКА.»
Значение, сущность и содержание социально — педагогической деятельности в организации для детей-сирот и детей, оставшихся без попечения родителей
Проактивные методы PR-деятельности российских авиационных компаний «Россия», «Азимут»
__RGR2
__RGR2
_11_А. Франс для эл версии
_3 тема - Диффузия
_Антонян Ю.М., Психология преступника и расследования преступлений