124 4. Идентификация параметров моделей с помощью PARTS

Экран "Reverse Recovery"

Время рассасывания носителей заряда

Среднее время пролета носителей TT, определяющее в модели диффузионную емкость, идентифицируется в PARTS по переходному процессу, протекающему при запирании ранее открытого диода. Исходные данные: Ifwd - ток, который протекает через открытый диод до начала переключения; Irev - обратный запирающий ток, протекающий через диод в первый момент при резком (скачкообразном) запирании диода; RL - сопротивление, через которое подается запирающий сигнал (включая выходное сопротивление источника сигнала).

4.3. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Основные параметры модели биполярного транзистора (подробнее см. работы [1] и [2]), идентифицируемые программой PARTS:

По заданному значению выходной проводимости hoe в нормальной активной области работы в схеме с общим эмиттером и заданному режиму ее измерения (Vce и Iс) рассчитывается параметр VAF, отражающий эффект Эрли. Этот параметр (см. работу [1]) характеризует не только выходную проводимость, но и зависимости коэффициента передачи тока β и времени пролета от напряжения на закрытом коллекторном переходе. Величину hoe можно получить непосредственно из справочных данных или определить из наклона выходных ВАХ транзистора в нормальной активной области работы в схеме с общим эмиттером.

Экран "Forvard DC Beta"

Зависимость β от тока

В данном экране аппроксимируется зависимость коэффициента передачи базового тока hfe (по постоянному току) в нормальной активной области работы в схеме с общим эмиттером от значения коллекторного тока (подробнее см. п. 4.2 в работе [1]). В качестве исходных данных задаются три пары значений: величина hfe и соответствующий ток Iс, при котором эта величина измерена. Предполагается, что все измерения проводятся при одном и том же значении напряжения коллектор-эмиттер Vсe, которое тоже

128 4. Идентификация параметров моделей с помощью PARTS

задается в качестве исходных данных. Это позволяет учесть определенную в предыдущем экране зависимость hfe от напряжения.

Первая пара значений должна соответствовать области малых токов, вторая - области средних токов, но при этом все-таки должна располагаться на участке нарастающей зависимости hfe(I) (см. рис. 4.4 в п. 4.2 работы [1]). Третья пара значений должна соответствовать точке максимума зависимости β(I). Таким образом, должны выполняться соотношения hfe1<hfe2<hfe3 и Iс1<<Iс2<<Iс3. Различия между значениями hfe должны составлять не менее

20%.

Модель, заложенная в PSpice не может описать любые зависимости hfe(I). Например, иногда задаваемая величина hfe3 оказывается слишком большой и не соответствующей значениям, которые возможны для данной модели при заданных значениях hfe1 и hfe2. Тогда получается, что коэффициент передачи тока начинает спадать, не достигнув значения hfe3. В этих случаях приходится изменять значения каких-либо из введенных hfe, добиваясь компромисса между возможностями модели и точностью описания реальных характеристик. Например, если, как в указанном выше случае, не достигается требуемое значение hfe3, можно попытаться уменьшить hfe1 или увеличить hfe2, т.е. задать более крутую зависимость в области малых токов. Это может помочь достичь требуемой величины hfe3.

В целом надо отметить, что модель не всегда дает удовлетворительную аппроксимацию зависимости коэффициента передачи базового тока, особенно в области высоких уровней инжекции на спадающем участке зависимости, где действует эффект Кирка.

Если не требуется описывать зависимость hfe(I), можно просто задать значение BF равным коэффициенту передачи базового тока, который в этом случае будет постоянным. Однако это можно делать только для прикидочных расчетов или если заранее известен режим, в котором будет работать транзистор, и значение BF задается именно для этого режима. Иначе при расчете схемы на PSpice возможны серьезные погрешности.

Параметр XTB можно подобрать, если известна температурная зависимость hfe. Тогда полезно построить на экране семейство кривых для разных температур и подобрать по нему подходящее значение XTB.

При задании значений hfe надо решить, для каких значений коэффициентов передачи создается модель: минимальных, средних или максимальных, поскольку часто все эти три величины приводятся в справочниках. Обычно параметры идентифицируются для средних или минимальных значений hfe. Можно идентифицировать параметры и для тех, и для других значений, занеся и в библиотеку PSpice, конечно, под различающимися именами. Тогда можно будет проводить расчет схем и на

130 4. Идентификация параметров моделей с помощью PARTS

величина RC значительна. Однако чаще всего все эти параметры мало существенны и тогда можно воспользоваться их значениями по умолчанию или принять их равными ранее определенным аналогичным параметрам для нормального включения.

Экран "C-B Capacitance"

Барьерная емкость коллекторного перехода

Этот экран позволяет подобрать аппроксимацию зависимости барьерной емкости коллекторного перехода от запирающего напряжения.

Первая из вводимых точек зависимости C(V) должна соответствовать небольшому запирающему напряжению (можно задать его равным нулю), вторая - большему напряжению. В результате будут автоматически определены параметры CJС и MОС при заданных VJС и FC. Если известна только одна точка зависимости C(V), ее следует задать в качестве обеих требуемых для идентификации точек. В этом случае программа определит только величину CJС при заданных значениях остальных параметров. Величину MОС в этой ситуации следует задавать исходя из типа коллекторного перехода: 0.5 для резкого перехода, 0.3333 для плавного.

Параметры VJС и FC мало влияют на величину барьерной емкости и то практически только при прямом смещении на переходе, т.е. в режиме насыщения или в инверсном включении, когда само влияние барьерной емкости на характеристики транзистора становится слабым, поскольку начинают доминировать диффузионные емкости. Поэтому обычно заданные по умолчанию значения этих параметров, характерные для кремниевых транзисторов, можно не изменять.

При точном описании емкостей, особенно для высокочастотных схем, надо учитывать, что в реальном транзисторе помимо нелинейных емкостей p-n переходов имеются еще постоянные емкости между выводами транзистора (см. п. 4.2.2 работы [1]). Эти емкости не входят в модель и при расчете на PSpice должны включаться как внешние. В этом случае в PARTS при задании

132 4. Идентификация параметров моделей с помощью PARTS

TR из времени рассасывания оправдано. Если же транзистор предполагается использовать в инверсном включении, параметр TR надо определять исходя из предельной частоты в этом включении, как это делается в следующем экране для нормального включения. Следует отметить, что поскольку при расчете времени рассасывания в модели еще не известна диффузионная емкость эмиттерного перехода, в определении параметра TR возможна погрешность для некоторых типов транзисторов.

Экран "Gain Bandwidth"

Предельная частота усиления

В данном экране по заданной предельной частоте fT в нормальной активной области (т.е. по частоте, на которой коэффициент передачи базового тока падает до 1) рассчитывается среднее время пролета базы в нормальном направлении TF, определяющее диффузионную емкость эмиттерного перехода. Это наряду с барьерными емкостями важнейший параметр, определяющий частотные характеристики и длительность переходных процессов. Если в справочнике значение fT не приведено, но известна граничная частота f, на которой коэффициент передачи базового тока падает в 2 раз, то fT можно оценить соотношением fT ≈ f/hoe, где hoe - коэффициент передачи базового тока при данном режиме. Если известно значение модуля коэффициента передачи hf на какой-то высокой частоте f и значение коэффициента передачи ho в том же режиме на низкой частоте, то

fT можно оценить соотношением fT ≈ f ho hf 2dho2 − hf 2 i. Наконец,

если известна зависимость h(f), то fT можно оценить путем экстраполяции к точке, в которой h=0.

Кроме TF, все остальные параметры по умолчанию в данном экране заданы идеальными. Если их не менять, то особенности частотных характеристик при высоких уровнях инжекции, в частности связанные с эффектом Кирка, моделироваться не будут. Типичные значения для этих параметров следующие: ITF=10 мА ÷ 1 А, VTF=5 В ÷ 50 В, XTF≈2.