Bipolar Transistor
NPN / PNP биполярный транзистор с использованием расширенных уравнений Эберса – Молла.
|
|
|
|
Описание
Блок Bipolar Transistor использует вариант уравнений Эберса – Молла для представления биполярного транзистора. Уравнения Эберса – Молла основаны на двух экспоненциальных диодах и двух управляемых током источниках тока. Блок использует следующие усовершенствования этой модели:
-
Эффект Эрли.
-
Дополнительные сопротивления базы, коллектора и эмиттера.
-
Дополнительные фиксированные емкости "база-эмиттер" и "база-коллектор".
Токи коллектора и базы составляют:
Для PNP-транзистора
Для NPN-транзистора
где:
-
— токи базы и коллектора (положительные при втекании в транзистор).
-
— ток насыщения.
-
— напряжение база-эмиттер и база-коллектор соответственно.
-
— идеальный максимальный коэффициент усиления прямого тока .
-
— идеальный максимальный коэффициент усиления обратного тока .
-
— прямое напряжение Эрли .
-
— элементарный заряд электрона (
1.602176e−19 Кулона). -
— постоянная Больцмана (
1.3806503e−23 Дж/К). -
— температура транзистора, определяемая значением параметра Measurement temperature.
Моделирование температурной зависимости
По умолчанию зависимость от температуры не моделируется, и устройство проходит симуляцию при температуре, для которой заданы параметры блока. Дополнительно можно включить моделирование зависимости статического поведения транзистора от температуры во время симуляции. Температурная зависимость емкостей переходов не моделируется, поскольку этот дает значительно меньший эффект.
При учете температурной зависимости, определяющие уравнения транзистора остаются прежними. Значение температуры измерения , заменяется на температуру симуляции . Ток насыщения, , и коэффициенты прямого и обратного усиления и становятся функцией температуры в соответствии со следующими уравнениями:
где:
— температура, при которой задаются параметры транзистора, определяемая значением параметра Measurement temperature.
— температура симуляции.
— ток насыщения при температуре измерения.
— ток насыщения при температуре симуляции. Именно это значение тока насыщения используется в уравнениях биполярного транзистора при моделировании температурной зависимости.
и — коэффициенты усиления прямого и обратного хода при температуре измерения.
и — коэффициенты усиления прямого и обратного хода при температуре симуляции. Именно эти значения используются в уравнениях биполярных транзисторов при моделировании температурной зависимости.
— энергетический зазор для данного типа полупроводника, измеряемый в джоулях. Для кремния обычно принимается значение 1.11 эВ (электронвольт), где 1 эВ равен 1.602e−19 Дж.
— температурная экспонента тока насыщения.
— температурный коэффициент прямого и обратного усиления.
Соответствующие значения и зависят от типа транзистора и используемого полупроводникового материала. На практике значения , и необходимо подстраивать для моделирования точного поведения конкретного транзистора. Некоторые производители указывают их в SPICE Netlist (список соединения компонентов), куда можно обратиться за этими значениями. В ином случае, можно определить значения , и , используя данные, заданные в техническом паспорте, при более высокой температуре . Для этого в блоке предусмотрена возможность параметризации по технической спецификации.
Порты
Ненаправленные
B — контакт базы
электричество
Электрический порт, связанный с контактом базы транзистора.
C — контакт коллектора
электричество
Электрический порт, связанный с контактом коллектора транзистора.
E — контакт эмиттера
электричество
Электрический порт, связанный с контактом эмиттера транзистора.
Параметры
Main
Transistor type — тип транзистора
NPN (по умолчанию) | PNP
Выбор типа транзистора — NPN или PNP.
Parameterization — параметризация блока
Specify from a datasheet (по умолчанию) | Specify using equation parameters directly
Выберите один из следующих методов параметризации блока:
-
Specify from a datasheet— предоставить параметры, которые блок преобразует в уравнения, описывающие транзистор. Блок вычисляет прямое напряжение Эрли как , где — ток коллектора, при котором определяется значение h-параметров, а — значение параметра комплексная проводимость. Блок устанавливает для значения малого сигнала коэффициента передачи прямого тока . Блок рассчитывает ток насыщения по заданному значению напряжения и соответствующий ток для значения напряжения , когда равно0. Этот метод используется по умолчанию. -
Specify using equation parameters directly— предоставить параметры уравнения , и .
Forward current transfer ratio hfe — коэффициент передачи прямого тока
100 (по умолчанию)
Коэффициент усиления по току малого сигнала.
Зависимости
Этот параметр используется только при выборе опции Specify from a datasheet для параметра Parameterization.
Output admittance h_oe — комплексная проводимость
50e−6 1/Ом (по умолчанию)
Производная тока коллектора по отношению к напряжению коллектор-эмиттер для фиксированного тока базы.
Зависимости
Этот параметр используется только при выборе опции Specify from a datasheet для параметра Parameterization.
Collector current at which h-parameters are defined — ток коллектора, при котором определяются h-параметры
1 мA (по умолчанию)
h-параметры зависят от рабочей точки и определяются для данного значения тока коллектора.
Зависимости
Этот параметр используется только при выборе опции Specify from a datasheet для параметра Parameterization.
Collector-emitter voltage at which h-parameters are defined — напряжение коллектор-эмиттер, при котором определяются h-параметры
5 В (по умолчанию)
h-параметры зависят от рабочей точки и определяются для данного значения напряжения коллектор-эмиттер.
Зависимости
Этот параметр используется только при выборе опции Specify from a datasheet для параметра Parameterization.
Voltage V_be — напряжение база-эмиттер
0.55 В (по умолчанию)
Напряжение база-эмиттер при токе базы . Пара данных ] должна быть приведена для случая, когда транзистор находится в нормальной активной области, т.е. не в насыщенной области.
Зависимости
Этот параметр используется только при выборе опции Specify from a datasheet для параметра Parameterization.
Current Ib for voltage Vbe — ток Ib для напряжения Vbe
0.5 мА (по умолчанию)
Ток базы, когда напряжение база-эмиттер равно . Пара данных ] должна быть приведена для случая, когда транзистор находится в нормальной активной области, т.е. не в насыщенной области.
Зависимости
Этот параметр используется только при выборе опции Specify from a datasheet для параметра Parameterization.
Forward current transfer ratio BF — коэффициент передачи прямого тока
100 (по умолчанию)
Идеальный максимальный коэффициент усиления прямого тока.
Зависимости
Этот параметр используется только при выборе опции Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization.
Saturation current IS — ток насыщения
1e−14 A (по умолчанию)
Ток насыщения транзистора.
Зависимости
Этот параметр используется только при выборе значения Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization.
Forward Early voltage VAF — прямое напряжение Эрли
200 В (по умолчанию)
В стандартных уравнениях Эберса – Молла градиент кривой зависимости от равен нулю в нормальной активной области. Дополнительное прямое напряжение Эрли увеличивает этот градиент. При экстраполяции линейной области перехват на оси равен − .
Зависимости
Этот параметр используется только при выборе значения Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization.
Reverse current transfer ratio BR — коэффициент передачи обратного тока
1 (по умолчанию)
Идеальный максимальный коэффициент усиления по обратному току. Это значение часто не указывается в технических паспортах производителей, поскольку оно не имеет существенного значения, когда транзистор смещен для работы в нормальной активной области. Если значение неизвестно и транзистор не должен работать в инверсной области, используйте значение по умолчанию, равное 1.
Measurement temperature — температура измерения
25 °C (по умолчанию)
Температура , при которой измеряются и , или .
Омическое сопротивление
Collector resistance RC — сопротивление коллектора
0.01 Ом (по умолчанию)
Сопротивление на коллекторе.
Emitter resistance RE — сопротивление эмиттера
1e−4 Ом (по умолчанию)
Сопротивление на эмиттере.
Zero bias base resistance RB — сопротивление базы при нулевом смещении
1 Ом (по умолчанию)
Сопротивление на базе при нулевом смещении.
Емкостные
Base-collector junction capacitance — емкость перехода база-коллектор
5 пФ (по умолчанию)
Паразитная емкость на переходе база-коллектор.
Base-emitter junction capacitance — емкость перехода база-эмиттер
5 пФ (по умолчанию)
Паразитная емкость на переходе база-эмиттер.
Total forward transit time — общее время прохождения вперед
0 (по умолчанию)
Представляет собой среднее время прохождения неосновных носителей через базовую область от эмиттера к коллектору и часто обозначается параметром TF.
Total reverse transit time — общее время обратного перехода
0 (по умолчанию)
Представляет собой среднее время прохождения неосновных носителей через базовую область от коллектора к эмиттеру и часто обозначается параметром TR.
Температурная зависимость
Model temperature dependence — моделирование температурной зависимости
выключено (по умолчанию) | включено
Моделируется ли температурная зависимость.
Если флажок снят (по умолчанию), то температурная зависимость не моделируется и используются значения параметров при температуре заданное параметром Measurement temperature.
При установке этого флажка в зависимости от метода параметризации блока необходимо также указать набор дополнительных параметров. Если вы параметризуете блок из технического паспорта, необходимо указать значения для второй пары данных ] и при второй температуре измерения. Если параметризация выполняется путем прямого указания параметров уравнения, необходимо указать значения для , и .
Forward current transfer ratio, hfe, at second measurement temperature — коэффициент передачи прямого тока, hfe, при второй температуре измерения
125 (по умолчанию)
Коэффициент усиления тока малого сигнала при второй температуре измерения. Он должен быть указан при тех же напряжении коллектор-эмиттер и токе коллектора, что и для параметра Forward current transfer ratio на вкладке Main.
Зависимости
Этот параметр виден только в том случае, если для параметра Parameterization на вкладке Main выбран вариант Specify from a datasheet.
Voltage Vbe at second measurement temperature — напряжение Vbe при второй температуре измерения
0.45 В (по умолчанию)
Напряжение база-эмиттер, когда ток базы равен , а температура установлена на вторую температуру измерения. Пара данных должна быть указана для случая, когда транзистор находится в нормальной активной области, т.е. не в области насыщения.
Зависимости
Этот параметр виден только в том случае, если для параметра Parameterization на вкладке Main выбран вариант Specify from a datasheet.
Current Ib for voltage Vbe at second measurement temperature — ток Ib для напряжения Vbe при второй температуре измерения
0.5 мА (по умолчанию)
Ток базы, когда напряжение база-эмиттер равно , а температура установлена на вторую температуру измерения. Пара данных должна быть приведена для случая, когда транзистор находится в нормальной активной области, то есть не в области насыщения.
Зависимости
Этот параметр виден только в том случае, если для параметра Parameterization на вкладке Main выбран вариант Specify from a datasheet.
Second measurement temperature — температура второго измерения
125 °C (по умолчанию)
Вторая температура , при которой измеряются .
Зависимости
Этот параметр виден только в том случае, если для параметра Parameterization на вкладке Main выбран вариант Specify from a datasheet.
Current gain temperature coefficient, XTB — температурный коэффициент усиления по току
0 (по умолчанию)
Значение температурного коэффициента усиления тока.
Зависимости
Этот параметр виден только в том случае, если для параметра Parameterization на вкладке Main выбран вариант Specify using equation parameters directly.
Energy gap, EG — энергетический зазор
1.11 эВ (по умолчанию)
Значение энергетического зазора.
Зависимости
Этот параметр виден только в том случае, если для параметра Parameterization на вкладке Main выбран вариант Specify using equation parameters directly.
Saturation current temperature exponent, XTI — температурная экспонента тока насыщения
3 (по умолчанию)
Значение температурного коэффициента тока насыщения.
Зависимости
Этот параметр виден только в том случае, если для параметра Parameterization на вкладке Main выбран вариант Specify using equation parameters directly.
Device simulation temperature — температура моделирования устройства
25 °C (по умолчанию)
Температура , при которой моделируется устройство.