Оглавление

Краткие теоретические сведения 2

1 Создание новой модели элемента 2

2 Режим моделирования DC Sweep 6

3 Модель биполярного транзистора 7

4 Методика экспериментального снятия характеристик транзистора 8

4.1 Зависимость напряжения база – эмиттер (Vbe (sat) Voltage) и коллектор – эмиттер (Vce (sat) Voltage) от тока коллектора в режиме насыщения 8

4.2 Зависимость статического коэффициента передачи по току от тока коллектора hFE(Ic) (Forward DC Beta) 9

4.3 Зависимость выходной проводимости hoe(Ic) от тока коллектора (Output Admittance) 10

4.4 Зависимость граничной частоты передачи тока fT(Ic) от тока коллектора (Gain Bandwidth) 11

4.5 Зависимость времени рассасывания заряда ts(Ic) от тока коллектора (Storage Time) 11

4.6 Зависимость барьерной емкости перехода коллектор-база Cobo(Vcb) (C-B Capacitance) и эмиттер-база Cibo(Veb) (E-B Capacitance) 12

5 Задание на ЛАБОРАТОРНУЮ РАБОТУ №4 14

контрольные вопросы 15

Список источников, рекомендуемых для изучения 16

Краткие теоретические сведения

Программа Model Editor является частью САПР OrCAD. Она является наиболее развитой системой создания моделей в смысле отсутствия ограничений и задания характеристик близких к реальным. По сравнению с MicroCAP редактор моделей OrCAD более удобен и создает для ряда компонентов (диоды, стабилитроны, транзисторы) модели легко подключаемые к EWB. САПР рассчитывает параметры компонентов на основе общепринятых характеристик. Кроме того, программа Model Editor позволяет просматривать и редактировать файлы *.lib библиотек моделей компонентов.

1Создание новой модели элемента

Программа Model Editor вызывается независимо из главного меню Windows. В режиме просмотра библиотек она чрезвычайно проста и подобна текстовому редактору. Переход в режим расчета параметров модели осуществляется, если предварительно была открыта или создана новая библиотека (кнопка New Library). Для создания модели следует в меню выбрать Model>New… или нажать кнопку New Model на панели инструментов. При этом открывается окно диалога, в котором выбирается тип компонента из списка (рис. 1).

В списке выбирается один из следующих компонентов:

• Bipolar Transistor (NPN, PNP) — биполярные n-p-n- и p-n-p-транзисторы;

• Magnetic Core — ферромагнитный сердечник;

• Diode — диод;

• Darlington Transistor — составной транзистор Дарлингтона;

• Ins Gate Bipolar Tran — статически индуцированный биполярный транзистор с каналом n-типа;

• Junction FET (N-, P-CHANNEL) — полевые транзисторы с каналами п- и р-типа;

• MOSFET (NMOS, PMOS) — МОП-транзисторы с каналами п- и р-типа;

• Operational Amplifier — операционный усилитель;

• Voltage Comparator — компаратор напряжения;

• Voltage Reference — стабилизатор напряжения;

• Voltage Regulator — регулятор напряжения.

Рис. 1 Окно выбора типа нового компонента

После ввода имени Model Name и типа компонента From Model появляется окно синтеза модели. В нижней части окна выводится список параметров Parameters модели. В столбце Parameter Name указаны имена параметров, в столбце Value — их значения, в столбце Active галочками помечены параметры, значения которых оцениваются на текущей закладке, в столбце Fixed галочками могут быть помечены не изменяемые параметры. Первоначально всем параметрам модели присваиваются значения по умолчанию (указаны в столбце Default). Сравните столбец Default и Value.

Данные вводятся порциями в верхней правой части окна. Здесь расположены закладки, определяющие различные характеристики компонента. Каждой характеристике соответствует отдельная закладка. Данные вводятся слева от графика в двух вариантах:

1. ввод координат отдельных точек характеристик, например, переходной характеристики биполярного транзистора (зависимость тока коллектора от напряжения база-эмиттер). Эти данные рекомендуется вводить в порядке возрастания независимой переменной;

2. ввод значений отдельных параметров устройства, например, отношение тока коллектора к току базы Ic/Ib.

По команде Tools>Extract Parameters (или кнопка Extract) рассчитываются параметры модели на основании введенных данных, на графике вычерчивается аппроксимирующая функция и значками отмечаются введенные точки. Значения рассчитанных параметров модели отображаются в нижней таблице.

По команде Plot>Trace Add возможно построить семейство характеристик при нескольких значениях температуры или какого-либо другого параметра. По умолчанию, строится график при температуре 27С. Имя варьируемого параметра можно изменить по команде Plot>Axis Settings на панели Trace Variable.

Списки вводимых данных для биполярных транзисторов, включенных в программу Model Editor и перечень параметров их математических моделей представлены в таблице 1. Звездочками * в приводимых ниже перечнях отмечены параметры, не оцениваемые в программе Model Editor. Им, по умолчанию, присваиваются типичные значения.

В справочниках по стабилитронам (диодам) и транзисторам не приводится полная информация для построения модели в PSpice. К тому же все полупроводниковые приборы имеют разброс параметров. Поэтому для точного задания модели все требуемые в редакторе моделей PSpice – Model Editor зависимости следует снять экспериментально для реального компонента. На практическом занятии экспериментальная работа моделируется – снимаются характеристики для полупроводниковых приборов из базы данных OrCAD. Следует иметь в виду, что при аппроксимации точек конкретного графика редактор моделей использует всю информацию о полупроводниковом приборе. Для первых графиков часть этой информации задана по умолчанию и, следовательно, аппроксимация не всегда будет удачна. Поэтому рекомендуется при первом проходе всех графиков не стремиться к «точному» совпадению точек и кривой. После, на втором проходе, можно дополнить экспериментальную часть, (вводимую, как правило, с помощью таблицы) чтобы добиться практического совпадения. Иногда на втором проходе требуется изменить допустимый диапазон отдельного параметра, который по умолчанию задан не удачно и кривая далека от введенных точек. В крайнем случае, на практическом занятии, рекомендуется, в учебных целях, воспользоваться уже известными параметрами из базы данных полупроводникового прибора и расширить диапазон в нужных пределах.

Если это не помогает, то, скорее всего, некоторые параметры оказались заданными не правильно и их значения следует заменить разумными. Абсолютного совпадения точек и кривых естественно добиться трудно.

Таблица 1. Биполярные транзисторы

Символы данных	Справочные данные	Параметры модели (Parameters)
		Имя	Значение по умолчанию
Vbe(sat) Voltage (Напряжение насыщения база – эмиттер)
Vbe	Зависимость напряжения насыщения база – эмиттер Vbe от тока коллектора Ic. Отношение тока коллектора к току базы в режиме насыщения Ic/Ib=10	IS RB ХТI EG	10-14 А 0 3 1.11 В
Output Admitance (Выходная проводимость)
Ic, hoe	Зависимость выходной проводимости при холостом ходе на выходе hoe от тока коллектора Iс	VAF	100 В
Vce	Смещение коллектор — эмиттер Vce=1 В
Forward DC Beta (Статический коэффициент передачи по току)
Ic, hFE	Зависимость статического коэффициента усиления тока в схеме ОЭ в нормальном режиме hFE от тока коллектора Iс. Измерения проводились при смещении коллектор — эмиттер Vce=1 В	BF NE ISE IKF NK ХТВ	100 1.5 0 0 0.5 0
Vce(sat) Voltage (Напряжение насыщения коллектор — эмиттер)
Ic, Vce	Зависимость напряжения насыщения коллектор — эмиттер Vce от тока коллектора Ic. Отношение тока коллектора к току базы в режиме насыщения Ic/Ib=10	BR NC ISC IKR RC	1 2 0 0 0
С-В Capacitance (Барьерная емкость коллектор — база)
Vcb, Cobo	Зависимость выходной емкости Cobo в режим холостого хода на выходе от напряжения обратного смещения коллектор — база Vcb	CJC VJC MJC FC	2 пФ 0,75 В 0,3333 0,5

Таблица 1 (продолжение). Биполярные транзисторы

Символы данных	Справочные данные		Параметры модели (Parameters)
			Имя	Значение по умолчанию
E-B Capacitance (Барьерная емкость эмиттер — база)
Veb, Cibo	Зависимость входной емкости Cibo в режиме холостого хода на входе от напряжения обратного смещения эмиттер — база Veb	CJE VJE MJE		2 пФ 0,75 В 0,3333
Storage Time (Время рассасывания заряда)
Ic, ts	Зависимость времени рассасывания ts от тока коллектора Ic Отношение тока коллектора к току базы в режиме насыщения Ic/Ib=10	TR		10 нс
Gain Bandwidth (Полоса усиления)
Ic,fT	Зависимость граничной частоты коэффициента передачи тока fT в схеме с ОЭ от тока коллектора Ic. Смещение коллектор — эмиттер Vce=10B	TF ITF XTF VTF		1 нс 1 10 10 В