《雙極晶體管模型》PPT課件

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1、雙極晶體管模型和模型參數(shù)西安電子科技大學(xué)微電子學(xué)院hlyou@mail.xidian.edu.cn2013年12月雙極晶體管模型和模型參數(shù)一、概述二、EM－1模型(J.J.EbersJ.L.Moll)三、EM－2模型四、EM－3模型五、EM－1、EM－2和EM－3中的模型參數(shù)六、其他效應(yīng)的考慮七、獲取晶體管模型參數(shù)的基本方法雙極晶體管模型和模型參數(shù)一、概述(1)電路中的有源器件用模型描述該器件的特性。不同的電路模擬軟件中采用的模型不完全相同，模型參數(shù)的名稱和個(gè)數(shù)也不盡相同。(2)晶體管模型實(shí)際上以等效電路的形式描述晶體管端電流和端電壓之間的關(guān)系。電路

2、模擬過程中，實(shí)際上是以等效電路代替晶體管器件，然后建立回路方程、計(jì)算求解。(3)電路模擬結(jié)果是否符合實(shí)際情況，主要取決于晶體管模型是否正確，特別是采用的模型參數(shù)是否真正代表實(shí)際器件的特性。(4)晶體管模型越精確，電路模擬效果越好，但是計(jì)算量也越大，因此應(yīng)折衷考慮。這樣，對同一種器件，往往提出幾種模型。(5)學(xué)習(xí)中應(yīng)該掌握模型參數(shù)的含義，特別應(yīng)注意每個(gè)模型參數(shù)的作用特點(diǎn)，即在不同的電路特性分析中必需考慮考慮哪些模型參數(shù)。每個(gè)模型參數(shù)均有內(nèi)定值。對于默認(rèn)值為0或者無窮大的模型參數(shù)，如果采用內(nèi)定值，相當(dāng)于不考慮相應(yīng)的效應(yīng)。(6)如果采用模擬軟件附帶的模型參

3、數(shù)庫，當(dāng)然不存在任何問題。如果采用模型參數(shù)庫中未包括的器件，如何比較精確地確定該器件的模型參數(shù)將是影響電路模擬結(jié)果的關(guān)鍵問題。PSpice模型參數(shù)庫中的Q2N2222模型參數(shù)描述.modelQ2N2222NPN(Is=14.34fXti=3Eg=1.11+Vaf=74.03Bf=255.9Ne=1.307Ise=14.34f+Ikf=.2847Xtb=1.5Br=6.092Nc=2Isc=0+Ikr=0Rc=1Cjc=7.306pMjc=.3416+Vjc=.75Fc=.5Cje=22.01pMje=.377+Vje=.75Tr=46.91nTf=4

4、11.1pItf=.6+Vtf=1.7Xtf=3Rb=10)二、EM－1模型(J.J.EbersJ.L.Moll)1.基本關(guān)系式(針對NPN晶體管)若外加電壓為：Vb’e’≠0,Vb’c’=0流過b’e’的電流為：IF=IES[exp(qVb’e’/kt)-1]則Ie=-IF,IC=αFIF(電流方向以流進(jìn)電極為正)若外加電壓為：Vb’e’＝0,Vb’c’≠0流過b’c’的電流為：IR=ICS[exp(qVb’c’/kt)-1]則Ie=αRIR,IC=-IR在一般情況下，Vb’e’≠0,Vb’c’≠0，則得：Ie=-IF＋αRIRIC=αFIF-IR

5、這就是晶體管直流特性方程,包括αF、αR、IES和ICS共4個(gè)參數(shù)。由互易定理，αFIES＝αRICS,記為αFIES＝αRICS＝IS(稱為晶體管飽和電流)，所以直流特性中只有3個(gè)獨(dú)立參數(shù)。取3個(gè)模型參數(shù)為αF、αR和IS。二、EM－1模型(J.J.EbersJ.L.Moll)2.實(shí)用關(guān)系式對上述方程進(jìn)行下述處理，可以得到實(shí)用的直流特性模型。記αFIF＝αFIES[exp(qVb’e’/kt)-1]＝IS[exp(qVb’e’/kt)-1]＝ICCCC：CollectorCollectedαRIR＝αRICS[exp(qVb’c’/kt)-1]＝I

6、S[exp(qVb’c’/kt)-1]＝IECEC：EmitterCollected代入前面方程，得：Ie=-IF＋αRIR＝－ICC/αF+IEC=(-ICC/αF+ICC)-(ICC-IEC)=-ICC/βF-ICT(ICT＝ICC-IEC)IC=αFIF-IR=ICC-IEC/αR=(ICC-IEC)-(IEC/αR-IEC)=ICT-IEC/βR2.實(shí)用關(guān)系式Ie=-ICC/βF-ICTIC=ICT-IEC/βR這就是實(shí)用雙極晶體管直流特性模型，共有3個(gè)模型參數(shù)：IS、βF和βR這3個(gè)參數(shù)記為：IS(晶體管飽和電流)BF(正向電流放大系數(shù))B

7、R(反向電流放大系數(shù))?？紤]到電流和電壓的指數(shù)關(guān)系是exp(qVb’c’/NFkt)和exp(qVb’e’/NRkt)則直流模型中還要包括兩個(gè)模型參數(shù):NF(正向電流發(fā)射系數(shù))NR(反向電流發(fā)射系數(shù))。二、EM－1模型(J.J.EbersJ.L.Moll)Ie=-ICC/βF-ICTIC=ICT-IEC/βR三、EM－2模型在表示直流特性的EM－1模型基礎(chǔ)上，再考慮串聯(lián)電阻、勢壘電容和擴(kuò)散電容，就得到考慮寄生參數(shù)和交流特性的EM－2模型。1.串聯(lián)電阻考慮3個(gè)電極的串聯(lián)電阻，新增3個(gè)模型參數(shù)：RB、RE和RC。2.勢壘電容反偏情況下勢壘電容的一般表達(dá)式

8、為：CJ＝CT0(1-V/VJ)-mj一共有3個(gè)參數(shù)。其中CT0是零偏勢壘電容，與結(jié)面積以及工藝有關(guān)；VJ是