Биполярный PNP транзистор

Страница в процессе разработки.

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

Тип: AcausalElectricPowerSystems.Semiconductors.BJT

Биполярный NPN транзистор

Путь в библиотеке:

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

Биполярный PNP транзистор

Путь в библиотеке:

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

Описание

Блоки Биполярный PNP транзистор и Биполярный PNP транзистор 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 Температура измерения.

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 Ёмкость перехода база-коллектор и Ёмкость перехода база-эмиттер. Вы также можете задать заряд обратного восстановления и его динамику, используя параметры Общее время прохождения вперед и Общее время обратного перехода. Уравнение, которое определяет заряд база-коллектор:

где

— значение параметра Общее время обратного перехода;
— ток коллектор-эмиттер;
— значение параметра Ёмкость перехода база-коллектор;
— напряжение база-коллектор.

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

Уравнение, которое определяет заряд база-эмиттер:

где

— значение параметра Общее время прохождения вперед;
— ток коллектора;
— значение параметра Ёмкость перехода база-эмиттер;
— 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 Температура измерения;
— 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

# Тип транзистора — тип транзистора
NPN | PNP

Details

Выбор типа транзистора — NPN или PNP.

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

# Параметризация — параметризация блока
Задать справочные данные | Задать параметры напрямую

Details

Выберите один из следующих методов параметризации блока:

Задать справочные данные — предоставить параметры, которые блок преобразует в уравнения, описывающие транзистор. Блок вычисляет прямое напряжение Эрли как , где — значение параметра Ток коллектора, при котором определяются h-параметры, а — значение параметра Выходная проводимость, h_oe. Блок устанавливает для значения малого сигнала Коэффициент усиления по току, h_fe. Блок рассчитывает ток насыщения по заданному значению Напряжение база-эмиттер Vbe и Ток Ib для напряжения Vbe, когда равно 0. Этот метод используется по умолчанию.
Задать параметры напрямую — 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

# Коэффициент передачи прямого тока, BF — коэффициент передачи прямого тока

Details

Идеальный максимальный коэффициент усиления прямого тока.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Параметризация значение Задать параметры напрямую.

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

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

Details

Ток насыщения транзистора.

Зависимости

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

# Прямое напряжение Эрли, 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

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

# Коэффициент усиления по току, h_fe — коэффициент передачи прямого тока

Details

Коэффициент усиления по току малого сигнала.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Параметризация значение Задать справочные данные.

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

# Выходная проводимость, 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

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

# Ток коллектора, при котором определяются h-параметры — 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

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

# Напряжение коллектор-эмиттер, при котором определяются h-параметры — 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

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

# Напряжение база-эмиттер 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

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

# Ток Ib для напряжения 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

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

# Коэффициент передачи обратного тока, 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

Сопротивления

# Сопротивление коллектора, 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

# Сопротивление эмиттера, 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

# Сопротивление базы при нулевом смещении, 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

Ёмкости

# Ёмкость перехода база-коллектор — 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

# Ёмкость перехода база-эмиттер — 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

# Общее время прохождения вперед — 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

# Общее время обратного перехода — 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

Температурная зависимость

# Настройка температурной зависимости — моделирование температурной зависимости

Details

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

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

# Коэффициент передачи прямого тока, hfe, при температуре второго измерения — 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 Коэффициент усиления по току, h_fe.

Зависимости

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

# Напряжение Vbe при температуре второго измерения — 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

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

# Ток Ib для напряжения Vbe при второй температуре измерения — 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

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

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

# Температурный коэффициент усиления по току, XTB — температурный коэффициент усиления по току

Details

Значение температурного коэффициента усиления тока.

Зависимости

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

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

Details

Значение ширины запрещенной зоны.

Зависимости

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

# Температурный коэффициент тока насыщения, XTI — температурная экспонента тока насыщения

Details

Значение температурного коэффициента тока насыщения.

Зависимости

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.

Биполярный PNP транзистор

Описание

Моделирование емкости и заряда

Моделирование температурной зависимости

Порты

Ненаправленные

Параметры

Основные

Сопротивления

Ёмкости

Температурная зависимость

Литература

Примеры