Отчет БТ
.docxМИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра РТЭ
отчет
по практической работе №3
по дисциплине «Основы проектирования электронной компонентной базы»
Тема: Моделирование работы БП-транзистора
Студент гр. 5207 |
|
Иванов А.Д. |
Преподаватель |
|
Синев А.Е. |
Санкт-Петербург
2018
Цель работы: Ознакомление с интерфейсом и основными приемами работы в программе AIM-Spice.
Задание 1. Расчет зависимости коэффициента усиления тока в схеме с ОЭ от режима работы
Для получения зависимости сначала выполняется расчёт передаточной характеристики для базового тока и выходной характеристики для коллекторного тока. Затем строится зависимость от тока коллектора.
Запишем программу в AIM-Spice:
________
vb 1 0 dc 0
vib 1 2
vie 4 3
vce 4 0 dc 4
q1 3 2 0 gp2
.model gp npn IS=14f XTI=3 EG=1.11 BF=100 Ne=2 Ise=143f Xtb=1.5 Br=9.7
+ Nc=2 Isc=0 Rc=1 Itf=0.6 Vtf=1.7 Xtf=3
.model gp npn IS=14f XTI=3 EG=1.11 BF=100 Ne=2 Ise=143f Xtb=1.5 Br=9.7
+ Nc=2 Isc=0 Rc=1 Itf=0.6 Vtf=1.7 Xtf=3 Vaf=74.03 Ikf=0.02385
Рисунок 1 – Исследуемая схема
ISТок насыщения при температуре 27°С (IS);
ХТI (РТ) Температурный коэффициент IS
EG Ширина запрещенной зоны
BF Максимальный коэффициент передачи тока в нормальном режиме в схеме с ОЭ (без учета токов утечки) (F);
NE Коэффициент неидеальности перехода Б-Э (nEL);
ISE Ток насыщения утечки перехода Б-Э (ISE = C2IS)
ХТВ Температурный коэффициент BF и BR
BR Максимальный коэффициент передачи тока в инверсном режиме в схеме с ОЭ
NC Коэффициент неидеальности коллекторного перехода 1,5 для модели
ISC (C4) Ток насыщения утечки перехода база-коллектор
RC Объемное сопротивление коллектора
ITF Ток, характеризующий зависимость TF от тока коллектора при больших токах
VTF Напряжение, характеризующее зависимость TF от смещения база-коллектор
XTF Коэффициент, определяющий зависимость TF от смещения база-коллектор
VAF (VA)* Напряжение Эрли в нормальном режиме
IKF (IK)* Ток начала спада зависимости BF от тока коллектора в нормальном режиме
Рисунок 2 – Входная характеристика БТ
Рисунок 3 – Выходные характеристики БТ
Рисунок 4 – Коэффициент усиления в приближениях Эберса-Молла и Гуммеля-Пуна
Задание 2. Моделирование эмиттерно-связанной логики
Анализируются статический и динамический режимы работы.
Условие задание в AIM-Spice:
_________
Ve1 1 0 dc -5.2
Ve2 13 0 dc -2.0
V1 12 0 dc 0 pwl(0,-1.77V 2ns,-1.77V 3ns,-0.884V 30ns,-0.884V)
V2 11 0 -1.77
Vref 5 0 -1.32
q1 2 12 10 em
q2 2 11 10 em
q3 0 2 8 em
q4 0 3 9 em
qref 3 5 10 em
r1 12 1 50k
r2 11 1 50k
re 10 1 779
rc1 0 2 220
rc2 0 3 245
re3 9 13 50
re4 8 13 50
.model em npn IS=0.3fA BF=120 BR=1 TF=0.15ns CJE=1.5pF CJC=1.5pF
TF Время переноса заряда через базу в нормальном режиме
CJE Емкость эмиттерного перехода при нулевом смещении
CJC Емкость коллекторного перехода при нулевом смещении
Рисунок 5 – Моделирование эмиттерно-связанной логики
Рисунок 6 – Передаточные характеристики для выходных напряжений V8 и V9 от входного напряжения
Рисунок 7 – Переходные характеристики для выходных напряжений V8 и V9
Вывод:
При моделировании работы биполярного транзистора были построены зависимости коэффициента усиления по току от тока коллектора в двух приближениях: Эберса-Молла и Гуммеля-Пуна (рис.2-4). Модель Эберса-Молла не учитывает некоторые эффекты, наблюдаемые в реальных приборах. Один из таких эффектов – зависимость коэффициентов усиления тока βR и βF (где βF и βR, соответственно, коэффициенты передачи по току в схеме с общим эмиттером в нормальном и инверсном режимах) от величины тока коллектора. Такие эффекты учитывает более точная (хотя и более сложная) модель Гуммеля-Пуна. Модель Э-М рекомендуется, когда БТ работает как переключатель на постоянном токе или в определенно узком диапазоне напряжений.
Кроме того, в работе была смоделирована эмиттерно-связанная логика (рис.5), по результатам которой были построены передаточные и переходные характеристики для выходных напряжений (рис.6-7). Из рис.7 видно, что время переключения <10 нс, т.е. схема может использоваться на частотах более 1 ГГц. ЭСЛ является самой быстродействующей из всех типов логики, построенной на биполярных транзисторах. Это объясняется тем, что транзисторы в ЭСЛ работают в линейном режиме, не переходя в режим насыщения, выход из которого замедлен. Низкие значения логических перепадов в ЭСЛ-логике способствуют снижению влияния на быстродействие паразитных ёмкостей. Минусом данной схемы является то, что через нее постоянно протекает ток (рис.6) (большое энергопотребление).