Биполярный транзистор NPN с помощью улучшил уравнения Эберс-Молл
Simscape / Электрический / Semiconductors & Converters
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:
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 зафиксированные емкости через основные эмиттерные и коллекторные переходы. У вас также есть опция, чтобы задать основу, коллектор и эмиттерные сопротивления связи.
Поведение по умолчанию состоит в том, что зависимость от температуры не моделируется, и устройство симулировано при температуре, для которой вы обеспечиваете параметры блоков. Можно опционально включать моделирование зависимости транзистора статическое поведение на температуре в процессе моделирования. 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:
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.
Блок имеет дополнительный тепловой порт, скрытый по умолчанию. Чтобы осушить 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 отсоединяет параметры Thermal Port.
Используйте тепловой порт, чтобы симулировать 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.
Блок не составляет температурно-зависимые эффекты на емкостях 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.
[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.
