PNP Bipolar Transistor

Страница в процессе разработки.

NPN/PNP биполярный транзистор с использованием расширенных уравнений Эберса-Молла.

Тип: AcausalElectricPowerSystems.Semiconductors.BJT

NPN Bipolar Transistor

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/Electrical/Semiconductors & Converters/NPN Bipolar Transistor

PNP Bipolar Transistor

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/Electrical/Semiconductors & Converters/PNP Bipolar Transistor

Описание

Блоки PNP Bipolar Transistor и PNP Bipolar Transistor используют 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 Кл);
— постоянная Больцмана (1.3806503e−23 Дж/К).
— температура транзистора, определяемая значением параметра Measurement temperature.

Вы можете задать поведение транзистора с помощью параметров технического паспорта, которые блок преобразует в уравнения, описывающие транзистор, или задать параметры уравнений напрямую.

Для NPN-транзистора, eсли или , то соответствующие экспоненциальные значения в уравнениях заменяются на и . Для PNP-транзистора, eсли или , то соответствующие экспоненциальные значения в уравнениях заменяются на и соответственно. Это позволяет избежать численных проблем, связанных с градиентом экспоненциальной функции с крутым уклоном при больших значениях .

Аналогично для NPN-транзистора, если или , то соответствующие экспоненциальные значения в уравнениях заменяются на и . Для PNP-транзистора, eсли или , то соответствующие экспоненциальные значения в уравнениях заменяются на и

Дополнительно можно задать фиксированные емкости переходов база-эмиттер и база-коллектор. Также можно задать сопротивления подключения базы, коллектора и эмиттера.

Моделирование емкости и заряда

Вы моделируете емкость и заряд, используя параметры Base-collector junction capacitance и Base-emitter junction capacitance. Вы также можете задать заряд обратного восстановления и его динамику, используя параметры Total forward transit time и Total reverse transit time. Уравнение, которое определяет заряд база-коллектор:

где

— значение параметра Total reverse transit time;
— ток коллектор-эмиттер;
— значение параметра Base-collector junction capacitance;
— напряжение база-коллектор.

Уравнение, которое определяет заряд база-коллектор и ток конденсатора:

Уравнение, которое определяет заряд база-эмиттер:

где

— значение параметра Total forward transit time;
— ток коллектора;
— значение параметра Base-emitter junction capacitance;
— напряжение база-эмиттер.

Уравнение, которое определяет заряд база-эмиттер и ток конденсатора:

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;
— ширина ззапрещенной зоны 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;
— постоянная Больцмана (1.3806503e−23 Дж/К).

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

Details

Электрический порт, связанный с контактом базы транзистора.

Имя для программного использования

base

# C — контакт коллектора
электричество

Details

Электрический порт, связанный с контактом коллектора транзистора.

Имя для программного использования

collector

# E — контакт эмиттера
электричество

Details

Электрический порт, связанный с контактом эмиттера транзистора.

Имя для программного использования

emitter

Параметры

Основные

# Transistor type — тип транзистора
NPN | PNP

Details

Выбор типа транзистора — NPN или PNP.

Значения	`NPN` \| `PNP`
Значение по умолчанию	`—`
Имя для программного использования	`type`
Вычисляемый	Нет

# Parameterization — параметризация блока
Specify from a datasheet | Specify from equation parameters directly

Details

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 — значение параметра Collector current at which h-parameters are defined, а — значение параметра Output admittance, h_oe. Блок устанавливает для значения малого сигнала Forward current transfer ratio, h_fe. Блок рассчитывает ток насыщения по заданному значению Voltage Vbe и Current Ib for voltage Vbe, когда равно 0. Этот метод используется по умолчанию.
Specify from equation parameters directly — предоставить параметры уравнения , и .

Значения	`Specify from a datasheet` \| `Specify from equation parameters directly`
Значение по умолчанию	`Specify from a datasheet`
Имя для программного использования	`parameterization`
Вычисляемый	Нет

# Forward current transfer ratio, BF — коэффициент передачи прямого тока

Details

Идеальный максимальный коэффициент усиления прямого тока.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Specify from equation parameters directly.

Значение по умолчанию	`100.0`
Имя для программного использования	`beta_f`
Вычисляемый	Да

# Saturation current, IS — ток насыщения
A | MA | kA | mA | nA | pA | uA

Details

Ток насыщения транзистора.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Specify from equation parameters directly.

Единицы измерения	`A` \| `MA` \| `kA` \| `mA` \| `nA` \| `pA` \| `uA`
Значение по умолчанию	`1e-14 A`
Имя для программного использования	`I_sat`
Вычисляемый	Да

# Forward Early voltage, VAF — прямое напряжение Эрли
V | MV | kV | mV

Details

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

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Specify from equation parameters directly.

Единицы измерения	`V` \| `MV` \| `kV` \| `mV`
Значение по умолчанию	`200.0 V`
Имя для программного использования	`V_A`
Вычисляемый	Да

# Forward current transfer ratio, h_fe — коэффициент передачи прямого тока

Details

Коэффициент усиления по току малого сигнала.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Specify from a datasheet.

Значение по умолчанию	`100.0`
Имя для программного использования	`h_fe`
Вычисляемый	Да

# Output admittance, h_oe — комплексная проводимость
S | mS | nS | uS | 1/Ohm

Details

Производная тока коллектора по отношению к напряжению коллектор-эмиттер для фиксированного тока базы.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Specify from a datasheet.

Единицы измерения	`S` \| `mS` \| `nS` \| `uS` \| `1/Ohm`
Значение по умолчанию	`5e-05 1/Ohm`
Имя для программного использования	`h_oe`
Вычисляемый	Да

# Collector current at which h-parameters are defined — ток коллектора, при котором определяются h-параметры
A | MA | kA | mA | nA | pA | uA

Details

h-параметры зависят от рабочей точки и определяются для данного значения тока коллектора.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Specify from a datasheet.

Единицы измерения	`A` \| `MA` \| `kA` \| `mA` \| `nA` \| `pA` \| `uA`
Значение по умолчанию	`—`
Имя для программного использования	`I_c_h`
Вычисляемый	Да

# Collector-emitter voltage at which h-parameters are defined — напряжение коллектор-эмиттер, при котором определяются h-параметры
V | MV | kV | mV

Details

h-параметры зависят от рабочей точки и определяются для данного значения напряжения коллектор-эмиттер.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Specify from a datasheet.

Единицы измерения	`V` \| `MV` \| `kV` \| `mV`
Значение по умолчанию	`—`
Имя для программного использования	`V_ce_h`
Вычисляемый	Да

# Voltage Vbe — напряжение база-эмиттер
V | MV | kV | mV

Details

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

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Specify from a datasheet.

Единицы измерения	`V` \| `MV` \| `kV` \| `mV`
Значение по умолчанию	`—`
Имя для программного использования	`V_be`
Вычисляемый	Да

# Current Ib for voltage Vbe — ток I_b для напряжения V_be
A | MA | kA | mA | nA | pA | uA

Details

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

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Specify from a datasheet.

Единицы измерения	`A` \| `MA` \| `kA` \| `mA` \| `nA` \| `pA` \| `uA`
Значение по умолчанию	`—`
Имя для программного использования	`I_be`
Вычисляемый	Да

# Reverse current transfer ratio, BR — коэффициент передачи обратного тока

Details

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.

Значение по умолчанию	`1.0`
Имя для программного использования	`beta_r`
Вычисляемый	Да

Details

Температура , при которой измеряются и , или .

Единицы измерения	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
Значение по умолчанию	`25.0 degC`
Имя для программного использования	`T_measurement`
Вычисляемый	Да

Ohmic Resistance

# Collector resistance, RC — сопротивление коллектора
Ohm | GOhm | MOhm | kOhm | mOhm

Details

Сопротивление на коллекторе.

Единицы измерения	`Ohm` \| `GOhm` \| `MOhm` \| `kOhm` \| `mOhm`
Значение по умолчанию	`0.01 Ohm`
Имя для программного использования	`R_c`
Вычисляемый	Да

# Emitter resistance, RE — сопротивление эмиттера
Ohm | GOhm | MOhm | kOhm | mOhm

Details

Сопротивление на эмиттере.

Единицы измерения	`Ohm` \| `GOhm` \| `MOhm` \| `kOhm` \| `mOhm`
Значение по умолчанию	`1e-4 Ohm`
Имя для программного использования	`R_e`
Вычисляемый	Да

# Zero bias base resistance, RB — сопротивление базы при нулевом смещении
Ohm | GOhm | MOhm | kOhm | mOhm

Details

Сопротивление на базе при нулевом смещении.

Единицы измерения	`Ohm` \| `GOhm` \| `MOhm` \| `kOhm` \| `mOhm`
Значение по умолчанию	`1.0 Ohm`
Имя для программного использования	`R_b`
Вычисляемый	Да

Capacitance

# Base-collector junction capacitance — емкость перехода база-коллектор
F | mF | nF | pF | uF

Details

Паразитная емкость на переходе база-коллектор.

Единицы измерения	`F` \| `mF` \| `nF` \| `pF` \| `uF`
Значение по умолчанию	`5.0 pF`
Имя для программного использования	`C_bc`
Вычисляемый	Да

# Base-emitter junction capacitance — емкость перехода база-эмиттер
F | mF | nF | pF | uF

Details

Паразитная емкость на переходе база-эмиттер.

Единицы измерения	`F` \| `mF` \| `nF` \| `pF` \| `uF`
Значение по умолчанию	`5.0 pF`
Имя для программного использования	`C_be`
Вычисляемый	Да

# Total forward transit time — общее время прохождения вперед
d | s | hr | ms | ns | us | min

Details

Представляет собой среднее время прохождения неосновных носителей через базовую область от эмиттера к коллектору и часто обозначается параметром TF.

Единицы измерения	`d` \| `s` \| `hr` \| `ms` \| `ns` \| `us` \| `min`
Значение по умолчанию	`0.0 us`
Имя для программного использования	`forward_transit_time`
Вычисляемый	Да

# Total reverse transit time — общее время обратного перехода
d | s | hr | ms | ns | us | min

Details

Представляет собой среднее время прохождения неосновных носителей через базовую область от коллектора к эмиттеру и часто обозначается параметром .

Единицы измерения	`d` \| `s` \| `hr` \| `ms` \| `ns` \| `us` \| `min`
Значение по умолчанию	`0.0 us`
Имя для программного использования	`reverse_transit_time`
Вычисляемый	Да

Temperature Dependence

# Model Temperature Dependence — моделирование температурной зависимости

Details

Если флажок снят (по умолчанию), то температурная зависимость не моделируется и используются значения параметров при температуре , заданной 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 .

Значение по умолчанию	`false (выключено)`
Имя для программного использования	`temperature_dependence`
Вычисляемый	Нет

# Forward current transfer ratio, h_fe, at second measurement temperature — коэффициент передачи прямого тока, h_fe, при второй температуре измерения

Details

Коэффициент усиления тока малого сигнала при второй температуре измерения. Он должен быть указан при тех же напряжениях коллектор-эмиттер и токе коллектора, что и для параметра Forward current transfer ratio, h_fe.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Specify from a datasheet.

Значение по умолчанию	`125.0`
Имя для программного использования	`h_fe_T2`
Вычисляемый	Да

# Voltage Vbe at second measurement temperature — напряжение V_be при второй температуре измерения
V | MV | kV | mV

Details

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

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Specify from a datasheet.

Единицы измерения	`V` \| `MV` \| `kV` \| `mV`
Значение по умолчанию	`—`
Имя для программного использования	`V_be_T2`
Вычисляемый	Да

# Current Ib for voltage Vbe at second measurement temperature — ток I_b для напряжения V_be при второй температуре измерения
A | MA | kA | mA | nA | pA | uA

Details

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

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Specify from a datasheet.

Единицы измерения	`A` \| `MA` \| `kA` \| `mA` \| `nA` \| `pA` \| `uA`
Значение по умолчанию	`—`
Имя для программного использования	`I_be_T2`
Вычисляемый	Да

Details

Вторая температура , при которой измеряются .

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Specify from a datasheet.

Единицы измерения	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
Значение по умолчанию	`125.0 degC`
Имя для программного использования	`T2`
Вычисляемый	Да

# Current gain temperature coefficient, XTB — температурный коэффициент усиления по току

Details

Значение температурного коэффициента усиления тока.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Specify from equation parameters directly.

Значение по умолчанию	`0.0`
Имя для программного использования	`XTB`
Вычисляемый	Да

# Energy gap, EG — ширина запрещенной зоны
Btu_IT | J | MJ | MWh | Wh | eV | kJ | kWh | mJ | mWh

Details

Значение ширины запрещенной зоны.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Specify from equation parameters directly.

Единицы измерения	`Btu_IT` \| `J` \| `MJ` \| `MWh` \| `Wh` \| `eV` \| `kJ` \| `kWh` \| `mJ` \| `mWh`
Значение по умолчанию	`1.11 eV`
Имя для программного использования	`E_g`
Вычисляемый	Да

# Saturation current temperature exponent, XTI — температурная экспонента тока насыщения

Details

Значение температурного коэффициента тока насыщения.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Specify from equation parameters directly.

Значение по умолчанию	`3.0`
Имя для программного использования	`XTI`
Вычисляемый	Да

Details

Температура , при которой моделируется устройство.

Единицы измерения	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
Значение по умолчанию	`25.0 degC`
Имя для программного использования	`T_device`
Вычисляемый	Да

Литература

G. Massobrio and P. Antognetti. Semiconductor Device Modeling with SPICE . 2nd Edition, McGraw-Hill, 1993.
H. Ahmed and P.J. Spreadbury. Analogue and digital electronics for engineers. 2nd Edition, Cambridge UniversityPress, 1984.

PNP Bipolar Transistor

Описание

Моделирование емкости и заряда

Моделирование температурной зависимости

Порты

Ненаправленные

Параметры

Основные

Ohmic Resistance

Capacitance

Temperature Dependence

Литература

Примеры