Курсовая работа: Идентификация параметров математических моделей биполярных транзисторов КТ209Л, КТ342Б и полевого транзистора КП305Е
β = 5.8 * 10-7 [А/В2 ],
λ = 0.088 [В],
тогда g = 5.8* 10-7 (Uзи + 2.4), [А/В].
Таблица параметров статической математической модели полевого транзистора:
|
Тип проводи- мости канала |
Сопротивление утечки канала, при нулевом напряжении Uзи (при наличии встроенного канала), Ом | Напряжение отсечки (пороговое напряжение), В |
Коэффициент LAMBDA 1/В |
Коэффициент BETA, А/В |
| n | - | - 2.4 | λ = 0.088 | 5.8 * 10-7 |
Биполярные транзисторы
Теоретические сведения по биполярным транзисторам
Биполярные транзисторы можно определить как полупроводниковые приборы, управляемые током (под этим понимается, что диапазон изменения входных токов значительно больше диапазона изменения входных напряжений). Характеристики биполярных транзисторов могут быть аппроксимированы в рамках нескольких моделей – моделью Гуммеля-Пуна, либо, при опускании некоторых подробностей, – моделью Эберса-Молла. Область транзистора, основным назначением которой, является инжекция носителей в базу, – носит название эмиттера, а область транзистора, функция которой – экстракция носителей из базы – носит название коллектора. В биполярном n-р-n- транзисторе (БТ) переход коллектор - база смещен в обратном направлении. При подаче на переход база-эмиттер напряжения около 0.6 В (для кремния) носители заряда преодолевают “потенциальный барьер” перехода база – эииттер. Это приводит к поступлению неосновных носителей заряда в область базы, где они испытывают сильное притяжение со стороны коллектора. Большинство такого рода неосновных носителей захватывается коллектором и появляется коллекторный ток, управляемый (меньшим по величине) током базы. Ток коллектора пропорционален скорости инжекции неосновных носителей в базу, которая является экспоненциальной функцией разности потенциалов база-эммитер (уравнение Эберса-Молла). Биполярный транзистор можно рассматривать как усилитель тока (с практически постоянным коэффициентом усиления h21э) или как прибор-преобразователь проводимости (по Эберсу и Моллу).
Упрощённое изображение сечения структуры биполярных транзисторов приведено на рис. 11. Взаимодействие между p-n переходами структуры транзистора появляется только при расстоянии между ними менее диффузионной длины неосновных носителей заряда в базе. Сечение структур реальных биполярных транзисторов приведено на рис. 12. На этом рисунке отмечены следующие области транзистора: 1, 2, 3 – электроды, соответственно, базы, эмиттера и коллектора, 4 – область эмиттера, 5, 6, 7 – соответственно, активная, пассивная и периферическая области базы, 8 – область коллектора, 9 – область изоляции, 10 - подложка. На рис. 12а – изображена структура одиночного эпитаксиально-планарного транзистора, на рис.12б – меза-планарного, на рис. 12в - эпитаксиально-интегрального транзистора .
|
|
|
|
9. Характеристики транзисторов, используемые для экстракции
параметров математических моделей
Для проведения моделирования электрических схем необходимо иметь аналитическое описание поведения биполярных транзисторов в таких схемах. Такое аналитическое описание может быть построено из знания особенностей структуры и конструкции транзистора, что очень тяжело реализовать на практике. Другой подход, развитый в настоящее время, предполагает идентификацию параметров математической модели на готовом изделии из его различного рода электрических зависимостей, при этом параметры транзисторов могут быть извлечены из набора характеристик:
-статических характеристик;
-малосигнальных характеристик;
-частотных характеристик;
-импульсных характеристик.
Эти характеристики описывают структурно-физические модели Эберса-Молла, которая в простейшем случае выражается формулой:
и Гуммеля-Пуна, в которой находят своё отражение особенности транзисторных структур. Эти особенности связаны с технологией формирования транзисторных структур – сплавная, планарная, диффузионная или полученная с помощью ионной имплантации. Существенное значение для модели Гуммеля-Пуна имеют конструктивные особенности – наличие подложечных областей полупроводника (как в случае интегрального транзистора), конструктивное оформление электродов, что приводит к модификации межэлектродных ёмкостей, а также режим работы транзистора – режимы большого или малого тока коллектора (проявление эффекта Кирка).
Необходимо и достаточно параметры математической модели биполярных транзисторов описываются 8-ю характеристиками:
Зависимостью напряжения на переходе эмиттер-база Uбэ в режиме насыщения от тока коллектора (желательно иметь диапазон изменения тока коллектора в 4-х порядках). Условие – величина отношения тока коллектора к току базы – фиксирована (например, эта величина равна 10). . По этой характеристике легко просчитывается величина последовательного сопротивления эмиттера, коэффициент насыщения эмиттера NF, RE. IS -соответственно, ток насыщения, NF – коэффициент неидеальности, RE – последовательное сопротивление эмиттера.
Зависимостью выходной дифференциальной проводимости на пологом участке выходной характеристики (при фиксации напряжения Uбэ, т.е. по сути, при фиксации тока базы) от тока коллектора. Условие – величина напряжения Uкэ фиксирована – например 5 В. По этой характеристике легко просчитывается напряжение эффекта Эрли. В случае эффекта Эрли имеет место уменьшение эффективной толщины базы при росте напряжения коллектор – эмиттер. Величина напряжения Эрли при прямом включении транзистора рассчитывается из выходной характеристики, согласно схеме, приведенной на рис. 13
|
|
Зависимостью статического коэффициента передачи по току от тока коллектора в схеме включения транзистора с общим эмиттером (желательно иметь диапазон изменения тока коллектора в 2-х порядках). Условие – величина напряжения Uкэ фиксирована – например 1 В. Пример такой зависимости дан на рис. 14. Зависимость коэффициента передачи тока от величины тока коллектора является проявлением эффекта Кирка – увеличение эффективной толщины базы с ростом величины статического тока, протекающего через коллекторный переход. Параметры модели, извлекаемые из этой характеристики – коэффициенты неидеальности транзистора в нормальном режиме, ток насыщения эмиттера, максимальное значение коэффициента передачи и величина тока коллектора, соответствующая этому режиму.