_{МИНОБРНАУКИ РОССИИ}

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра МВЭ

Отчет

по лабораторной работе №1

по дисциплине «Основы проектирования электронной компонентной базы»

Тема: Проектирование электронной компонентной базы с помощью программного обеспечения AIM Spice

Студент гр.
Преподаватель

Санкт-Петербург

2022

Цель работы.

Ознакомление с базовыми сигнатурами работы в программном обеспечении AIM Spice; исследование приборов, используемых в современной электронике; построение ВАХ, анализ схем в различных режимах работы.

Оглавление

1. Исследование ВАХ диода 2

2. Анализ дифференциального усилителя 5

3. Анализ схемы по постоянному току 7

4. Анализ схемы в режиме малого сигнала 8

5. Задания для контроля полученных знаний 9

6. Моделирование ВАХ МОП-транзистора 17

7. Моделирование работы биполярного транзистора БТ 21

7.1. Моделирование эмиттерно-связанной логики 22

1. Исследование вах диода

Листинг кода:

Simple example - Diode circuit

D1 1 2 Dmod

V1 1 0 3V

R 2 0 5k

.model Dmod D RS=10

Рисунок 1 – Прямая ветвь ВАХ диода

При замене при моделировании конечной величины напряжения с 3 В на 0 В для исследования обратной ветви диода, на графике (рисунок 2) отражается существенная погрешность SPICE-модели. Погрешность выражается в виде линейной зависимости обратного тока диода от приложенного напряжения.

Рисунок 2 – Обратная ветвь ВАХ диода при

Для лимитирования линейной зависимости обратного тока от напряжения необходимо изменить значение параметра , определяющего минимальную величину шунтирующей проводимости, которая, согласно алгоритму программы SPICE, автоматически включается параллельно каждой ветви схемы.

Рисунок 2.1 – Обратная ветвь ВАХ диода

Рисунок 2.2 – Обратная ветвь ВАХ диода

Анализируя рисунок 1, отражающий собой прямую ветвь диода, и, сопоставляя с реальной прямой ветвью, можно сделать вывод, что модель сильно приближенная. В качестве точки сравнения предоставлю ВАХ диода Д7Ж, изображенную на рисунке 3. Говоря о различиях реальной и смоделированной ВАХ, говорят о: 1) влиянии поверхности; 2) генерации и рекомбинации носителей в обедненном слое; 3) туннелировании носителей между состояниями в запрещенной зоне; 4) высоком уровень инжекции, наблюдаемом даже при относительно небольшом прямом смещении; 5) влиянии последовательного сопротивления.

Рисунок 3

Что касается рисунков 2-2.2, то тут ситуация аналогична предыдущему случаю с прямой ветвью. В реальной «системе» концентрация неосновных носителей заряда и их градиент сильно зависит от температуры, которая возрастает при приложении обратного напряжения. Так, экспериментальная зависимость более плавная, потому что температура возрастала постепенно. Количество выделяемого переходом тепла, определяющее его температуру, пропорционально произведению тока на напряжение. При повышении температуры перехода число неосновных носителей заряда увеличивается за счет перехода части электронов из валентной зоны в зону проводимости и образование пары электрон-дырка. Вследствие теплового нагрева при больших обратных напряжениях на характеристике возникает участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. В качестве подтверждения приведу обратную ветвь ВАХ диода Д7Ж (рисунок 4).

Рисунок 4.

Также стоит отметить, что неосновные носители будут втягиваться электрическим полем в переход и проходят через него в соседнюю область – происходит экстракция (при условии, что напряженность ЭП противоположна по направлению диффузионной напряженности суммарная напряженность поля в p-n переходе падает и уменьшается потенциальный барьер (а для неосновных носителей потенциального барьера вообще нет)). При этом через переход будет идти обратный ток, который мал из-за малой концентрации неосновных носителей в прилегающих к переходу областях.

2. Анализ дифференциального усилителя

Листинг кода (при исследовании синусоидального генератора):

Example 2

vin 1 0 sin (0 0.1 5meg) ac 1

vcc 8 0 12

vee 9 0 -12

q1 4 2 6 qn1

q2 5 3 6 qn1

rs1 1 2 1k

rs2 3 0 1k

rc1 4 8 10k

rc2 5 8 10k

q3 6 7 9 qn1

q4 7 7 9 qn1

rbias 7 8 20k

.model qn1 npn (bf=80 rb=100 ccs=2pf tf=0.3ns tr=6ns cje=3pf cjc=2pf va=50)

Рисунок 5 – Результат моделирования переходного процесса при использовании синусоидального генератора

Листинг кода (при использовании импульсного генератора):

Example 2

vin 1 0 dc 0 pulse (-0.7 0.7 0.1u 10n 10n 0.2u 1u) ac1

vcc 8 0 12

vee 9 0 -12

q1 4 2 6 qn1

q2 5 3 6 qn1

rs1 1 2 1k

rs2 3 0 1k

rc1 4 8 10k

rc2 5 8 10k

q3 6 7 9 qn1

q4 7 7 9 qn1

rbias 7 8 20k

.model qn1 npn (bf=80 rb=100 ccs=2pf tf=0.3ns tr=6ns cje=3pf cjc=2pf va=50)

Рисунок 6 – Результат моделирования переходного процесса при использовании импульсного генератора

Сравнивая графики, отображенные на рисунках 5-6, видно изменение сигнала по периоду длительности импульса и амплитуде.