PNP 双极晶体管
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使用扩展的埃伯斯-莫尔方程计算 NPN/PNP 双极晶体管。
类型: AcausalElectricPowerSystems.Semiconductors.BJT
NPN 双极晶体管 图书馆中的路径:
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PNP 双极晶体管 图书馆中的路径:
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说明
PNP 双极晶体管 和 PNP 双极晶体管 模块使用埃伯斯-莫尔方程的变体来表示双极晶体管。Ebers-Moll 方程基于两个指数二极管和两个电流控制电流源。该模块对该模型进行了以下改进:
-
厄利效应。
-
额外的基极、集电极和发射极电阻。
-
额外的固定基极-发射极和基极-集电极电容。
集电极和基极电流为
对于 PNP 晶体管 ,
.
对于 NPN 晶体管 ,
,
其中
-
- 是基极电流和集电极电流(流入晶体管时为正);
-
- 饱和电流;
-
- 基极-发射极电压 和基极-集电极电压 ;
-
- 理想的最大正向电流增益 ;
-
- 理想最大反向电流增益 ;
-
- 直接厄利电压 ;
-
- 电子的基本电荷 (
1.602176e-19
Cl); -
- 玻尔兹曼常数 (
1.3806503e-23
J/K)。 -
- 晶体管的温度,由参数值 测量温度 决定。
您可以使用数据表参数指定晶体管的行为,该单元会将这些参数转换为描述晶体管的方程,您也可以直接设置方程参数。
对于 NPN 晶体管,如果 或 ,则方程中相应的指数值将被替换为 и .对于 PNP 晶体管,如果 或 ,则等式中相应的指数值将用 和 代替。 и 分别取代。 这就避免了与指数函数梯度 相关的数值问题,即当 的值较大时,梯度会很陡。
同样,对于 NPN 晶体管,如果. 或 ,则方程中相应的指数值将被替换为 и .对于 PNP 晶体管,如果 或 ,则等式中相应的指数值由 и
此外,基极-发射极和基极-集电极结电容可设置为固定值。基极、集电极和发射极的连接电阻也可以设定。
电容和电荷建模
电容和电荷建模使用参数 基极-集电极结电容 和 基极-发射极结电容 。您还可以使用参数 前向传输总时间 和 总反向传输时间 。确定基极-集电极电荷的方程:
,
其中
-
- 是参数 总反向传输时间 的值;
-
- 集电极-发射极电流;
-
- 参数值 基极-集电极结电容 ;
-
- 基极-集电极电压。
决定基极集电极电荷和电容器电流的方程式:
.
确定基极发射极电荷的方程:
,
其中
-
- 是参数 前向传输总时间 的值;
-
- 集电极电流;
-
- 参数值 基极-发射极结电容 ;
-
- 基极发射极电压。
决定基极发射极电荷和电容器电流的方程式:
.
温度相关性建模
默认情况下,不对温度相关性进行建模,器件将在块参数设置的温度下进行仿真。可以选择在仿真过程中启用晶体管静态行为的温度相关性仿真。结电容的温度依赖性不模拟,因为其影响要小得多。
在考虑温度相关性时,晶体管的控制方程保持不变。测量温度值 由模拟温度 代替。饱和电流 以及正向和反向增益系数 和 根据以下公式成为温度的函数:
,
,
,
其中
-
- 是设置晶体管参数的温度,由参数值 测量温度 决定;
-
- 是模拟温度;
-
- 测量温度下的饱和电流;
-
- 模拟温度下的饱和电流。在模拟温度相关性时,双极晶体管方程中使用的就是这个饱和电流值。
-
和 是测量温度下的正向和反向增益因子;
-
和 - 模拟温度下的正向和反向增益因子。这些值是双极晶体管方程中模拟温度相关性时使用的值;
-
- 该类型半导体的禁区宽度,以焦耳为单位。对于硅,通常取值为
1.11
eV(电子伏特),其中1
eV 等于1.602e-19
焦耳; -
- 是饱和电流的温度指数;
-
- 正向和反向增益的温度系数;
-
- 玻尔兹曼常数(
1.3806503e-23
J/K)。
和 的相应值取决于晶体管的类型和使用的半导体材料。在实践中,需要对 、 和 的值进行调整,以模拟特定晶体管的确切行为。一些制造商会在 SPICE 网表(元件连接列表)中指定这些值,并在其中提供参考。否则,可以使用数据表中指定的数据,在较高温度 下确定 、 和 的值。为此,可根据技术数据表对模块进行参数化设置。
参数
主要
#
晶体管类型 —
晶体管类型
NPN
| PNP
Details
选择晶体管类型 NPN`或 `PNP
.
值 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
无 |
#
参数化 —
块参数化
根据数据表指定
| 直接根据方程参数指定
Details
选择以下一种程序块参数化方法:
-
根据数据表指定
- 提供参数,由程序块转换为描述晶体管的方程。程序块将直接厄利电压 计算为 ,其中 是参数 定义 h 参数时的集电极电流 的值, 是参数 输出导纳,h_oe 的值。程序块将 设为小信号值 正向电流传输比,h_fe 。当 为 "0 "时,程序块根据 电压 Vbe 和 电压 Vbe 时的电流 Ib 的设定值计算饱和电流 。默认使用此方法。 -
直接根据方程参数指定
- 提供方程参数 , 和 。
值 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
无 |
# 正向电流传输比,BF — 远期流动比率
Details
理想的最大正向电流增益。
依赖关系
要使用该参数,请将 参数化 设置为 直接根据方程参数指定
.
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
饱和电流,IS —
饱和电流
A
| 马
| 千安
| 毫安
| 毫安
| pA
| uA
Details
晶体管的饱和电流。
依赖关系
要使用该参数,请将 参数化 设为 。 直接根据方程参数指定
.
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
正向早期电压,VAF —
直接厄利电压
V
| MV
| kV
| 毫伏
Details
在标准的埃伯斯-莫尔方程中, 与 曲线的梯度在正常活动区为零。额外的直接厄利电压会增加这一梯度。当推断线性区域时, 轴上的截距等于− 。
依赖关系
要使用该参数,请将 参数化 参数设置为 直接根据方程参数指定
.
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
# 正向电流传输比,h_fe — 远期流动比率
Details
小信号的电流增益。
依赖关系
要使用该参数,请将 参数化 设置为 。 根据数据表指定
.
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
输出导纳,h_oe —
复导
S
| mS
| nS
| uS
| 1 欧姆
Details
在基极电流固定的情况下,集电极电流对集电极-发射极电压的导数。
依赖关系
要使用该参数,请将 参数化 设置为 根据数据表指定
.
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
定义 h 参数时的集电极电流 —
确定 h 参数的集电极电流
A
| MA
| kA
| mA
| nA
| pA
| uA
Details
h 参数取决于工作点,并根据给定的集电极电流值确定。
依赖关系
要使用该参数,请将 参数化 设置为 根据数据表指定
.
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
定义 h 参数时的集电极-发射极电压 —
确定 h 参数时的集电极-发射极电压
V
| MV
| kV
| mV
Details
h 参数取决于工作点,并根据给定的集电极-发射极电压值确定。
依赖关系
要使用该参数,请将 参数化 设置为 根据数据表指定
.
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
电压 Vbe —
基极发射极电压
V
| MV
| 千伏
| 毫伏
Details
基极电流 时的基极-发射极电压。数据对 ] 应针对晶体管处于正常有源区(即非饱和区)的情况给出。
依赖关系
要使用该参数,请将 参数化 设置为 根据数据表指定
.
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
电压 Vbe 时的电流 Ib —
电压 Vbe 时的电流 Ib
A
| MA
| kA
| 毫安
| nA
| pA
| uA
Details
基极-发射极电压为 时的基极电流。数据对 应针对晶体管处于正常有源区(即不在饱和区)的情况给出。
依赖关系
要使用该参数,请将 参数化 设置为 根据数据表指定
.
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
# 反向电流传输比,BR — 反向电流增益
Details
理想的最大反向电流增益。制造商的数据表通常不会列出该值,因为当晶体管偏置在正常有源区工作时,该值并不重要。如果该值未知,且晶体管不应在反向区域工作,则使用默认值 "1"。
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
测量温度 —
测量温度
K
| 摄氏度
| 摄氏度
| 摄氏度
| δK
| deltadegC
| 分度值
| 脱氧核糖核酸
Details
,在此温度下测量 和 或 。
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
欧姆电阻
#
集电极电阻,RC —
集电极电阻
欧姆
| GOhm
| 莫
| 千欧
| 毫欧
Details
集电极上的电阻。
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
发射极电阻,RE —
发射极电阻
欧姆
| GOhm
| 欧姆
| 千欧
| 毫欧
Details
发射极的电阻。
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
零偏置基极电阻,RB —
零偏移时的基极电阻
欧姆
| 戈姆
| 摩尔
| 千欧
| 毫欧
Details
零偏移时的基极电阻。
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
电容
#
基极-集电极结电容 —
基极-集电极结电容
F
| mF
| nF
| pF
| uF
Details
基极-集电极交界处的寄生电容。
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
基极-发射极结电容 —
基极-发射极结电容
F
| mF
| nF
| pF
| uF
Details
基极-发射极交界处的寄生电容。
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
前向传输总时间 —
总前进时间
d
| s
| hr
| 毫秒
| ns
| 我们
| min
Details
表示非基本载流子通过基区从发射极到集电极的平均传输时间,通常用参数 TF 表示。
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
总反向传输时间 —
总返回时间
d
| s
| hr
| ms
| ns
| us
| 最小
Details
代表非基本载流子通过基区从集电极到发射极的平均传输时间,通常用 表示。
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
温度相关性
# 模型温度相关性 — 温度依赖性建模
Details
如果未选中复选框(默认值),则不对温度依赖性建模,参数值在温度 时使用,由参数 测量温度 指定。
如果选择该复选框,还必须根据块参数化方法指定一组附加参数。如果根据数据表对程序块进行参数化,则必须指定第二个数据对 和 在第二个测量温度下的值。如果通过直接指定方程参数来设置程序块的参数,则必须指定 、 和 的值。
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
无 |
# 第二次测量温度下的正向电流传输比 h_fe — 第二次测量温度下的正向电流传递系数 hfe
Details
第二个测量温度下的小信号电流增益系数。它必须在与参数 正向电流传输比,h_fe 相同的集电极-发射极电压和集电极电流下指定。
依赖关系
要使用该参数,请将 参数化 设置为与 相同的值。 根据数据表指定
.
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
第二测量温度下的电压 Vbe —
第二测量温度下的电压 Vbe
V
| MV
| 千伏
| mV
Details
基极电流为 时的基极-发射极电压,温度设置为第二测量温度。数据对 应针对晶体管处于正常工作区(即不处于饱和区)的情况。
依赖关系
要使用该参数,请将参数 参数化 设置为 根据数据表指定
.
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
第二次测量温度下电压 Vbe 的电流 Ib —
第二测量温度下电压 Vbe 的电流 Ib
A
| MA
| 千安
| mA
| nA
| pA
| uA
Details
基极-发射极电压为 时的基极电流,温度设定为第二测量温度。数据对 应针对晶体管处于正常有源区(即不处于饱和区)的情况给出。
依赖关系
要使用该参数,请将参数 参数化 设置为 根据数据表指定
.
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
第二次测量温度 —
第二次测量温度
K
| 摄氏度
| 摄氏度
| degR
| deltaK
| deltadegC
| 脱
| deltadegR
Details
第二测量温度 ,在该温度下测量 。
依赖关系
要使用该参数,请将 参数化 参数设置为 根据数据表指定
.
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
# 电流增益温度系数,XTB — 温度电流增益
Details
温度电流增益值。
依赖关系
要使用该参数,请将 参数化 设为 。 直接根据方程参数指定
.
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
能量间隙,EG —
禁带宽度
Btu_IT
| J
| MJ
| 兆瓦时
| Wh
| 电子伏特
| 千焦
| 千瓦时
| mJ
| 毫瓦时
Details
禁带宽度的值。
依赖关系
要使用此参数,请将 参数化 设为 。 直接根据方程参数指定
.
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
# 饱和电流温度指数,XTI — 饱和电流的温度指数
Details
饱和电流的温度指数值。
依赖关系
要使用该参数,请将 参数化 设置为 直接根据方程参数指定
.
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |
#
器件模拟温度 —
设备建模温度
K
| 摄氏度
| 摄氏度
| 摄氏度
| deltaK
| deltadegC
| deltadegF
| 脱氧核糖核酸
Details
设备模拟温度 。
计量单位 |
|
默认值 |
|
程序使用名称 |
|
可计算 |
是 |