Биполярный транзистор NPN

Биполярный транзистор NPN с помощью улучшил уравнения Эберс-Молл

Библиотека

Simscape / Электрический / Semiconductors & Converters

Описание

Блок NPN Bipolar Transistor использует вариант уравнений Эберс-Молл, чтобы представлять биполярный транзистор NPN. Уравнения Эберс-Молл основаны на двух экспоненциальных диодах плюс два управляемых текущим образом текущих источника. Блок NPN Bipolar Transistor предоставляет следующие улучшения той модели:

  • Раннее воздействие напряжения

  • Дополнительная основа, коллектор и сопротивления эмиттера.

  • Дополнительные фиксированные основные эмиттерные и основные емкости коллектора.

Коллектор и основные токи:

IC=IS[(eqVBE/(kTm1)−eqVBC/(kTm1))(1−VBCVA)−1βR(eqVBC/(kTm1)−1)]IB=IS[1βF(eqVBE/(kTm1)−1)+1βR(eqVBC/(kTm1)−1)]

Где:

  • IB и IC являются основными и токами коллектора, заданными как положительными в устройство.

  • IS является текущим насыщением.

  • VBE является основным эмиттерным напряжением, и VBC является напряжением основного коллектора.

  • βF является прямым текущим усилением идеального максимума BF

  • βR является противоположным текущим BR усиления идеального максимума

  • VA является прямым Ранним напряжением VAF

  • q является элементарным зарядом на электроне (1.602176e–19 Кулоны).

  • k является Постоянная Больцмана (1.3806503e–23 J/K).

  • T m1 является транзисторной температурой, как задано значением параметров Measurement temperature.

Можно задать транзисторное поведение с помощью параметров таблицы данных, что использование блока, чтобы вычислить параметры для этих уравнений, или можно задать параметры уравнения непосредственно.

Если q VBC / (k Tm1)> 40 или q VBE / (k Tm1)> 40, соответствующие экспоненциальные условия в уравнениях заменяются (q VBC / (k Tm1) – 39) e 40 и (q VBE / (k Tm1) – 39) e 40, соответственно. Это помогает предотвратить числовые проблемы, сопоставленные с крутым градиентом показательной функции e x в больших значениях x. Точно так же, если q VBC / (k Tm1) <–39 или q VBE / (k Tm1) <–39 затем соответствующие экспоненциальные условия в уравнениях заменяется (q VBC / (k Tm1) + 40) e –39 и (q VBE / (k Tm1) + 40) e –39, соответственно.

Опционально, можно задать паразитные фиксированные емкости через основные эмиттерные и коллекторные переходы. У вас также есть опция, чтобы задать основу, коллектор и эмиттерные сопротивления связи.

Моделирование температурной зависимости

Поведение по умолчанию состоит в том, что зависимость от температуры не моделируется, и устройство моделируется при температуре, для которой вы обеспечиваете параметры блоков. Можно опционально включать моделирование зависимости транзистора статическое поведение на температуре во время симуляции. Температурная зависимость емкостей перехода не моделируется, этот являющийся намного меньшим эффектом.

Когда включая температурную зависимость, транзисторные уравнения определяющего остаются то же самое. Значение температуры измерения, Tm1, заменяется температурой симуляции, Ts. Текущее насыщение, IS и прямые и противоположные усиления (βF и βR) становится функцией температуры согласно следующим уравнениям:

ISTs=ISTm1⋅(Ts/Tm1)XTI⋅exp(−EGkTs(1−Ts/Tm1))

βFs=βFm1(TsTm1)XTB

βRs=βRm1(TsTm1)XTB

где:

  • Tm1 является температурой, при которой параметры транзистора заданы, как задано значением параметров Measurement temperature.

  • Ts является температурой симуляции.

  • ISTm1 является насыщением, текущим при температуре измерения.

  • ISTs является насыщением, текущим при температуре симуляции. Это - текущее значение насыщения, используемое в уравнениях биполярного транзистора, когда температурная зависимость моделируется.

  • βFm1 и βRm1 являются прямыми и противоположными усилениями при температуре измерения.

  • βFs и βRs являются прямыми и противоположными усилениями при температуре симуляции. Это значения, используемые в уравнениях биполярного транзистора, когда температурная зависимость моделируется.

  • EG является энергетическим кризисом для полупроводникового типа, измеренного в Джоулях. Значение для кремния обычно принимается, чтобы быть 1,11 эВ, где 1 эВ являются 1.602e-19 Джоули.

  • XTI является насыщением текущая температурная экспонента.

  • XTB является прямым и противоположным коэффициентом температуры усиления.

  • k является Постоянная Больцмана (1.3806503e–23 J/K).

Соответствующие значения для XTI и EG зависят от типа транзистора и полупроводникового используемого материала. На практике, значения XTI, EG и потребности XTB, настраивающейся, чтобы смоделировать точное поведение конкретного транзистора. Некоторые производители заключают эти настроенные значения в кавычки в Списке соединений SPICE, и можно прочитать соответствующие значения. В противном случае можно определить значения для XTI, EG и XTB при помощи заданных таблицей данных данных в более высоком температурном Tm2. Блок предоставляет возможность параметризации таблицы данных для этого.

Можно также настроить значения XTI, EG, и XTB сами, чтобы совпадать с данными лаборатории для конкретного устройства. Можно использовать программное обеспечение Simulink® Design Optimization™, чтобы помочь настроить значения.

Тепловой порт

Блок имеет дополнительный тепловой порт, скрытый по умолчанию. Чтобы представить тепловой порт, щелкните правой кнопкой по блоку по своей модели, и затем из контекстного меню выбирают Simscape> Block choices> Show thermal port. Это действие отображает тепловой порт H на значке блока и представляет параметры Thermal Port.

Используйте тепловой порт, чтобы моделировать эффекты выработанного тепла и температуры устройства. Для получения дополнительной информации об использовании тепловых портов и на параметрах Thermal Port, смотрите Термальные эффекты Симуляции в Полупроводниках.

Предположения и ограничения

  • Блок не составляет температурно-зависимые эффекты на емкости перехода.

  • Вы, возможно, должны использовать ненулевые омические значения сопротивления и емкости перехода, чтобы предотвратить числовые проблемы симуляции, но симуляция может запуститься быстрее с этими обнуленными значениями.

Порты

B

Электрический порт сохранения сопоставлен с терминалом транзисторной базы

C

Электрический порт сохранения сопоставлен с транзисторным терминалом коллектора

E

Электрический порт сохранения сопоставлен с транзисторным терминалом эмиттера

Параметры

Основной

Parameterization

Выберите один из следующих методов для параметризации блока:

  • Specify from a datasheet — Обеспечьте параметры, которые блок преобразовывает в уравнения, которые описывают транзистор. Блок вычисляет прямое Раннее напряжение VAF как Ic/h_oe, где Ic является значением параметров Collector current at which h-parameters are defined, и h_oe является значением параметров Output admittance h_oe [1]. Блок устанавливает BF на значение Forward current transfer ratio h_fe маленькое сигнала. Блок вычисляет насыщение текущий IS от заданного значения Voltage Vbe и соответствующего значения Current Ib for voltage Vbe, когда Ic является нулем. Это - метод по умолчанию.

  • Specify using equation parameters directly — Предоставьте параметрам уравнения IS, BF и VAF.

Forward current transfer ratio h_fe

Текущее усиление маленькое сигнала. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization. Значением по умолчанию является 100.

Output admittance h_oe

Производная тока коллектора относительно эмиттерного коллектором напряжения для фиксированного основного тока. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization. Значением по умолчанию является 5e-05 1/Ом.

Collector current at which h-parameters are defined

H-параметры меняются в зависимости от рабочей точки и заданы для этого значения тока коллектора. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization. Значение по умолчанию является мА 1.

Collector-emitter voltage at which h-parameters are defined

H-параметры меняются в зависимости от рабочей точки и заданы для этого значения эмиттерного коллектором напряжения. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization. Значением по умолчанию является 5 V.

Voltage Vbe

Основное эмиттерное напряжение, когда основным током является Ib. [Vbe Ib] пара данных должна быть заключена в кавычки для того, когда транзистор находится в нормальной активной области, то есть, не во влажной области. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization. Значением по умолчанию является 0.55 V.

Current Ib for voltage Vbe

Основной ток, когда основным эмиттерным напряжением является Vbe. [Vbe Ib] пара данных должна быть заключена в кавычки для того, когда транзистор находится в нормальной активной области, то есть, не во влажной области. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization. Значение по умолчанию является мА 0.5.

Forward current transfer ratio BF

Идеальный максимум передает текущее усиление. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization. Значением по умолчанию является 100.

Saturation current IS

Транзисторное текущее насыщение. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization. Значением по умолчанию является 1e-14 A.

Forward Early voltage VAF

В стандарте уравнения Эберс-Молл градиент Ic по сравнению с кривой Vce является нулем в нормальной активной области. Дополнительный прямой Ранний термин напряжения увеличивает этот градиент. Прерывание на Vce - ось равна –VAF, когда линейная область экстраполируется. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization. Значением по умолчанию является 200 V.

Reverse current transfer ratio BR

Идеальный максимум инвертирует текущее усиление. Это значение часто не заключается в кавычки в таблицах данных производителя, потому что не значительно, когда транзистор смещается, чтобы действовать в нормальной активной области. Когда значение не известно, и транзистор не должен управляться обратная область, использовать значение по умолчанию 1.

Measurement temperature

Температурный Tm1, в котором измеряются Vbe и Ib или IS. Значением по умолчанию является 25 °C.

Омическое сопротивление

Collector resistance RC

Сопротивление в коллекторе. Значение по умолчанию является Омом 0.01.

Emitter resistance RE

Сопротивление в эмиттере. Значение по умолчанию является Омом 1e-4.

Zero bias base resistance RB

Сопротивление в основе при нулевом смещении. Значение по умолчанию является Омом 1.

Емкость

Base-collector junction capacitance

Паразитная емкость через коллекторный переход. Значением по умолчанию является 5 pF.

Base-emitter junction capacitance

Паразитная емкость через эмиттерный переход. Значением по умолчанию является 5 pF.

Total forward transit time

Представляет среднее время для поставщиков услуг меньшинства, чтобы пересечь основную область с эмиттера на коллектор и часто обозначается параметром TF [1]. Значением по умолчанию является 0 μs.

Total reverse transit time

Представляет среднее время для поставщиков услуг меньшинства, чтобы пересечь основную область от коллектора до эмиттера и часто обозначается параметром TR [1]. Значением по умолчанию является 0 μs.

Температурная зависимость

Parameterization

Выберите один из следующих методов для температурной параметризации зависимости:

  • None — Simulate at parameter measurement temperature — Температурная зависимость не моделируется, или модель моделируется при температуре измерения Tm1 (как задано параметром Measurement temperature на вкладке Main). Это - метод по умолчанию.

  • Model temperature dependence — Обеспечьте значение для температуры симуляции, чтобы смоделировать температурно-зависимые эффекты. Также необходимо обеспечить набор дополнительных параметров в зависимости от метода параметризации блока. Если вы параметризовали блок от таблицы данных, необходимо обеспечить значения в течение секунды [Vbe Ib] пара данных и h_fe при второй температуре измерения. Если вы параметризовали путем прямого определения параметров уравнения, необходимо обеспечить значения для XTI, EG и XTB.

Forward current transfer ratio, h_fe, at second measurement temperature

Текущее усиление маленькое сигнала при второй температуре измерения. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization на вкладке Main. Это должно быть заключено в кавычки при том же эмиттерном коллектором напряжении и токе коллектора что касается параметра Forward current transfer ratio h_fe на вкладке Main. Значением по умолчанию является 125.

Voltage Vbe at second measurement temperature

Основное эмиттерное напряжение, когда основным током является Ib и температура, установлено во вторую температуру измерения. [Vbe Ib] пара данных должна быть заключена в кавычки для того, когда транзистор находится в нормальной активной области, то есть, не во влажной области. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization на вкладке Main. Значением по умолчанию является 0.45 V.

Current Ib for voltage Vbe at second measurement temperature

Основной ток, когда основным эмиттерным напряжением является Vbe и температура, установлен во вторую температуру измерения. [Vbe Ib] пара данных должна быть заключена в кавычки для того, когда транзистор находится в нормальной активной области, то есть, не во влажной области. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization на вкладке Main. Значение по умолчанию является мА 0.5.

Second measurement temperature

Второй температурный Tm2, в котором измеряются h_fe, Vbe и Ib. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization на вкладке Main. Значением по умолчанию является 125 °C.

Current gain temperature coefficient, XTB

Текущее содействующее значение температуры усиления. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization на вкладке Main. Значением по умолчанию является 0.

Energy gap, EG

Значение энергетического кризиса. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization на вкладке Main. Значением по умолчанию является 1.11 eV.

Saturation current temperature exponent, XTI

Насыщение текущее температурное содействующее значение. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization на вкладке Main. Значением по умолчанию является 3.

Device simulation temperature

Температурный Ts, в котором моделируется устройство. Значением по умолчанию является 25 °C.

Ссылки

[1] Г. Массобрио и П. Антоньетти. Полупроводниковое моделирование устройства с SPICE. 2-й выпуск, McGraw-Hill, 1993.

[2] Х. Ахмед и П.Дж. Спридбери. Аналоговая и цифровая электроника для инженеров. 2-й Выпуск, издательство Кембриджского университета, 1984.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.

Смотрите также

|

Темы

Введенный в R2008a

Документация Simscape Electrical
Поддержка
Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте