Отчет БТ

_{МИНОБРНАУКИ 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 β_R и β_F (где β_F и β_R, 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).