NPN биполярный транзистор с использованием улучшенных уравнений Эберса-Молла
Simscape/Электрический/Полупроводники и конвертеры
Блок NPN Bipolar Transistor использует вариант уравнений Эберса-Молла, чтобы представлять биполярный транзистор NPN. Уравнения Эберса-Молла основаны на двух экспоненциальных диодах плюс два управляемых током источника тока. Блок NPN Bipolar Transistor предоставляет следующие улучшения этой модели:
Ранний эффект напряжения
Опциональная основа, коллектора и излучателя.
Опциональные фиксированные емкости базового эмиттера и базового коллектора.
Коллектор и базовые токи:
Где:
IB и IC являются базовым и коллекторным токами, заданными как положительные в устройство.
IS - ток насыщения.
VBE - напряжение базового эмиттера, а VBC - напряжение базового коллектора.
βF является идеальным максимальным усилением BF прямого тока
βR является идеальным максимальным усилением обратного тока BR
VA - прямое Раннее Напряжение VAF
q - элементарный заряд электрона (1.602176e-19 Кулона).
k - константа Больцмана (1.3806503e-23 J/K).
T m1 - температура транзистора, определяемая Measurement temperature значения параметров.
Можно задать поведение транзистора, используя параметры таблицы данных, которые блок использует для вычисления параметров для этих уравнений, или можно задать параметры уравнения непосредственно.
Если <reservedrangesplaceholder12> <reservedrangesplaceholder11> / (k Tm1)> 40 или <reservedrangesplaceholder8> <reservedrangesplaceholder7> / (k Tm1)> 40, соответствующие показательные условия в уравнениях заменены (q VBC / (k Tm1) - 39) e40 и (q VBE/( k Tm1) - 39) e40, соответственно. Это помогает предотвратить числовые проблемы, связанные с крутым градиентом экспоненциальной функции ex при больших значениях x. Точно так же, если <reservedrangesplaceholder12> <reservedrangesplaceholder11> / (k Tm1) <-39 или <reservedrangesplaceholder8> <reservedrangesplaceholder7> / (k Tm1) <-39 тогда соответствующие показательные условия в уравнениях заменен (q VBC / (k Tm1) + 40) e–39 и (q VBE/( k Tm1) + 40) e–39, соответственно.
Опционально можно задать фиксированные емкости через соединения базы с эмиттером и базы с коллектором. У вас также есть опция задать базовое, коллекторное и эмиттерное сопротивление соединения.
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 статического поведения транзистора от температуры во время симуляции. Температурная зависимость соединительных емкостей не моделируется, что является гораздо меньшим эффектом.
При включении температурной зависимости транзистор, определяющий уравнения, остается неизменным. Значение температуры измерения, Tm1, заменяется температурой симуляции, Ts. Ток насыщения, IS и прямое и обратное усиления (βF и βR) становятся функцией от температуры согласно следующим уравнениям:
где:
Tm1 - температура, при которой заданы параметры транзистора, заданная Measurement temperature значением параметров.
Ts - температура симуляции.
ISTm1 - ток насыщения при температуре измерения.
ISTs - ток насыщения при температуре симуляции. Это текущее значение насыщения, используемое в биполярных транзисторных уравнениях, когда моделируется температурная зависимость.
βFm1 и βRm1 являются прямым и обратным усилением при температуре измерения.
βFs и βRs являются прямым и обратным усилениями при температуре симуляции. Это значения, используемые в биполярных транзисторных уравнениях, когда моделируется температурная зависимость.
EG - энергетическая погрешность для полупроводникового типа, измеренная в Джоулсе. Значение кремния обычно принимается равным 1.11 эВ, где 1 эВ равен 1.602e-19 Joules.
XTI - показатель температуры тока насыщения.
XTB - коэффициент температуры прямого и обратного усиления.
k - константа Больцмана (1.3806503e-23 J/K).
Соответствующие значения для XTI и EG зависят от типа транзистора и используемого полупроводникового материала. На практике значения XTI, EG и XTB нуждаются в настройке, чтобы смоделировать точное поведение конкретного транзистора. Некоторые производители цитируют эти настроенные значения в списке SPICE Netlist, и можно считать соответствующие значения. В противном случае можно определить значения для XTI, EG и XTB с помощью заданных таблицей данных при более высокой Tm2 температуры. Блок предоставляет опцию параметризации таблицы данных для этого.
Можно также настроить значения XTI, EG и XTB себя, чтобы соответствовать лабораторным данным для вашего конкретного устройства. Вы можете использовать Simulink® Разработайте Optimization™ программное обеспечение, чтобы помочь настроить значения.
Блок имеет дополнительный тепловой порт, скрытый по умолчанию. Чтобы открыть тепловой порт, щелкните правой кнопкой мыши блок в модели, а затем из контекстного меню выберите Simscape > Block choices > Show thermal port. Это действие отображает тепловой порт, H на значке блока, и отображает параметры Thermal Port.
Используйте тепловой порт, чтобы симулировать эффекты сгенерированного тепла и температуры устройства. Для получения дополнительной информации об использовании тепловых портов и о параметрах Thermal Port, смотрите Симуляция Термальных эффектов в Полупроводниках.
Блок не учитывает зависящие от температуры эффекты на соединительные емкости.
Вам может потребоваться использовать ненулевое омическое сопротивление и значения емкости соединения, чтобы предотвратить числовые проблемы моделирования, но симуляция может выполняться быстрее с этими значениями, установленными на нуль.
[1] Г. Массобрио и П. Антогнетти. Моделирование полупроводниковых устройств с помощью SPICE. 2nd Edition, McGraw-Hill, 1993.
[2] Х. Ахмед и П. Дж. Спредбери. Аналоговая и цифровая электроника для инженеров. 2nd Edition, Cambridge University Press, 1984.
