Разъяснения по данным транзистора

1. Данные транзистора, требующие определения, согласно номеру варианта.

IS – обратный ток коллекторного перехода

Германий Ge – 1е-12 А

Кремний Si – 1е-09 А

BF – коэффициент усиления в прямом направлении → В

EG – энергия активации

Германий Ge – 0.7 эВ

Кремний Si – 1.11 эВ

VJE , VJC , VJS – потенциал поля перехода и контактная разность потенциалов база-эмиттер, база-коллектор и коллектор-подложка

→ 2/3 от EG

CJE , CJC – ёмкость эмиттерного, коллекторного перехода  → Сбэ, Сбк

TF – время переноса заряда → 1/2πFα

2. Общий список параметров транзистора.

   Биполярный транзистор и его характеристики.

Ниже приведён список параметров, который заложен в ISIS для биполярных транзисторов.

• Initially OFF OFF (-) Как и для диода начальное состояние (изменяется кликом по знаку вопроса: вопрос – не определено, пусто – выкл., галочка – вкл.).
Параметры из раскрывающегося списка:
• Ideal forward beta BF (100) Максимальный коэффициент усиления тока в нормальном режиме в схеме с ОЭ;
• Saturation Current IS (1e-016) Ток насыщения при температуре 27°С (А);
• Forward emission coefficient NF (1) Коэффициент эмиссии (неидеальности) для нормального режима;
• Forward Early voltage VAF (∞) Напряжение Эрли в нормальном режиме (В);
• Forward beta roll-off corner current IKF (∞) Ток начала спада зависимости BF от тока коллектора в нормальном режиме (А);
• B-E leakage saturation current ISE (0) Ток насыщения утечки перехода база-эмиттер (А);
• B-E leakage emission coefficient NE (1.5) Коэффициент эмиссии тока утечки эмиттерного перехода;
• Ideal reverse beta BR (1) Максимальный коэффициент усиления тока в инверсном режиме в схеме с ОЭ;
• Reverse emission coefficient NR (1) Коэффициент эмиссии (неидеальности) для инверсного режима;
• Reverse Early voltage VAR (∞) Напряжение Эрли в инверсном режиме (В);
• Reverse beta roll-off corner current IKR (∞) Ток начала спада зависимости BR от тока эмиттера в инверсном режиме (А);
• B-C leakage saturation current ISC (0) Ток насыщения утечки перехода база-коллектор (А);
• B-C leakage emission coefficient NC (2) Коэффициент эмиссии тока утечки коллекторного перехода;
• Zero bias base resistance RB (0) Объемное сопротивление базы (максимальное) при нулевом смещении перехода база-эмиттер (Ом);
• Minimum base resistance at high currents RBM (RB) Минимальное сопротивление базы при больших токах (Ом);
• Current for base resistance=(rb+rbm)/2 IRB (∞) Ток базы, при котором сопротивление базы уменьшается на 50 % полного перепада между RB и RBM (А);
• Emitter resistance RE (0) Объемное сопротивление эмиттера (Ом);
• Collector resistance RC (0) Объемное сопротивление коллектора (Ом);
• Zero bias B-E depletion capacitance CJE (0) Емкость эмиттерного перехода при нулевом смещении (Ф);
• B-E built in potential VJE (0.75) Контактная разность потенциалов перехода база- эмиттер;
• B-E junction grading coefficient MJE (0.33) Коэффициент, учитывающий плавность эмиттерного перехода;
• Ideal forward transit time TF (0) Время переноса заряда через базу в нормальном режиме (сек);
• Coefficient for bias dependence of TF XTF (0) Коэффициент, определяющий зависимость TF от смещения база-коллектор;
• Voltage giving VBC dependence of TF VTF (∞) Напряжение, характеризующее зависимость TF от смещения база-коллектор (В);
• High current dependence of TF ITF (0) Ток, характеризующий зависимость TF от тока коллектора при больших токах (А);
• Excess phase PTF (0) Дополнительный фазовый сдвиг на граничной частоте транзистора f=1/2π*TF;
• Zero bias B-C depletion capacitance CJC (0) Емкость коллекторного перехода при нулевом смещении (Ф);
• B-C built in potential VJC (0.75) Контактная разность потенциалов перехода база- коллектор;
• B-C junction grading coefficient MJC (0.33) Коэффициент, учитывающий плавность коллекторного перехода;
• Fraction of B-C cap to internal base XCJC (1) Доля барьерной емкости, относящаяся к внутренней базе;
• Ideal reverse transit time TR (0) Время переноса заряда через базу в инверсном режиме (сек);
• Zero bias C-S capacitance CJS (0) Емкость перехода коллектор-подложка при нулевом смещении;
• Substrate junction built in potential VJS (0.75) Контактная разность потенциалов перехода коллектор-подложка (В);
• Substrate junction grading coefficient MJS (0) Коэффициент, учитывающий плавность перехода коллектор-подложка;
• Forward and reverse beta temp. exp. XTB (0) Температурный коэффициент BF и BR;
• Energy gap for IS temp. dependency EG (1.11) Ширина запрещенной зоны (эВ);
• Temp. exponent for IS XTI (3) Температурный экспоненциальный коэффициент для тока IS;
• Forward bias junction fit parameter FC (0.5) Коэффициент нелинейности барьерных емкостей прямосмещенных переходов;
• Flicker Noise Coefficient KF (0) Коэффициент, определяющий спектральную плотность фликер-шума;
• Flicker Noise Exponent AF (0) Показатель степени, определяющий зависимость спектральной плотности фликер-шума от тока через переход.
Как я и предупреждал, количество параметров в раскрывающемся списке для транзистора очень большое, и в него попали почти все параметры модели за исключением следующих:
• Initial B-E voltage ICVBE (-) Начальное (стартовое) напряжение база-эммитер;
• Initial C-E voltage ICVCE (-) Начальное (стартовое) напряжение коллектор-эммитер;
• Area factor AREA (1) Множитель для коэффициентов, используемый при моделировании мощных транзисторов;
Два температурных коэффициента.
• Instance temperature TEMP (27)
• Parameter measurement temperature TNOM (27)

3. Разъяснения по постоянным времени и частотам.

ω_a=1/t_a - предельная частота коэффициента передачи тока эмиттера, на которой модуль коэффициента a = 0.7 своего статического значения, где постоянная времени t_a ≈ t_D равна времени диффузии, т.е. зависит от толщины базы. Чем тоньше база, тем меньше t_D=w²/2D_б, тем выше предельная частота коэффициента a_диф. (Схема с общей базой).

ω_β=1/t_β - предельная частота коэффициента передачи тока базы, на которой коэффициент β_диф по модулю уменьшается до уровня 0.7 от β₀. (Схема с общим эмиттером)

Видно, что t_β=t_a/(1-a₀)=(β₀+1)t_a; где t_β в (β₀+1) раз больше t_a т.е. предельная частота ω_b в (β₀+1) раз ниже, чем частота ω_a. Во сколько раз коэффициент β₀ больше коэффициента a₀, во столько же раз полоса рабочих частот в схеме с ОЭ уже, чем в схеме с ОБ. Быстродействие транзистора в схеме с ОЭ значительно хуже, чем в схеме с ОБ в режиме управления входным током.

В ряде случаев частотные свойства транзистора характеризуют граничной частотой ω_гр, на которой модуль |β| становится равным 1.

При ω>ω_β формула для β_диф(ω) упрощается:

β_диф(ω) ≈ β₀/(ω/ω_β)=β₀ω_β/ω.

Отсюда ω_гр найдем, приравнивая β=1:    ω_гр=β₀ω_b   т.е.   ω_гр»ω_a

В справочниках приводятся не круговые, а циклические частоты:

f_h21б=f_a ,     f_h21э=f_β ,       f_гр,         f_max.

f_max - максимальная частота генерации, на которой транзистор способен работать в схеме автогенератора, т.е. коэффициент усиления по мощности равен 1.

Работа каскада в области верхних частот

Верхняя граничная частота полосы пропускания  w_B=1/t_В  зависит от параметров транзистора (t_b=1/2pf_b=(h_21Э+1)/2pf _h21Б; C_k; r_б ), его режима (r_э.диф , т.е. g_б) и параметров нагрузки (С_н,  R_н ), где t_В = t_b/(1+g_б b₀)+R_к.н(С_вых.т+С_н) - постоянная времени усилительного каскада в области верхних частот.  Более высокочастотный транзистор (с высокой f _h21Э) обеспечивает большую верхнюю граничную частоту f_B.