Модель полупроводникового диода. Линейные модели биполярных транзисторов.

Страницы работы

13 страниц (Word-файл)

Содержание работы

Модель полупроводникового диода.

-ток насыщения (10-6 – 10-9 А);

 - температурный потенциал

(26мВ при 27 оС);

Дж/к–постоянная Больцмана;

-поправочный коэффициент

Кл – заряд электрона.

Диод можно описать дифференциальной проводимостью, когда приложено небольшое изменение напряжения.

называют динамической проводимостью.

На высоких частотах диод уже нельзя трактовать как резистор.

 состоит из Сбар и Сдиф.

Чаще применяется другая модель:

 

 - объёмное сопротивление диода;

 - сопротивление утечки;

Качество модели зависит от линейного источника его соответствия реальным полупроводниковым приборам.

Аппроксимация ветви ВАХ.

            Аппроксимация производится с помощью двух отрезков прямой.

 и  - углы наклона линий аппроксимации;

 - начальная точка.

Имея эти 3 характеристики можно получить грубую модель диода.

Линеаризованная модель полупроводникового диода.

 со спектральной плотностью

дробовой или фликер-шум Iшд

Sd=2gI 

Линейные модели биполярных транзисторов.

Наибольшее распространение получили с Y и h параметрами.

Y)    

H)    

         Недостатки этих моделей:

1.  Трудно учитывать частотные свойства.

2.  Численные значения параметров нужно определять с учетом рабочих точек.

         Достоинства:

Достаточно точные результаты в малосигнальном режиме.

        Наиболее употребляемой является малосигнальная П-образная модель        (модель Джи Колетто)

   -  крутизна.

        Параметры модели нужно искать после нахождения рабочего режима транзистора.

Выбор рабочего напряжения транзистора:

 В (Si, 0.3 - Ge)

принимается, что Iк не зависит от Uкэ

A)

при V<-3VT (75mV)

при V>4VT (>100mV)

рабочая точка диода:   

для V

для V

где               

значение  зависит от материала (~0.88В для Si, ~0.4В для Ge),

а j принимает значения от  до

 примерно несколько nФ

               Диффузионная емкость.

                       - постоянная времени

 обычно > b 50……..1000 nФ

Типовые значения:

            rб’б=20…….…500 Ом

            rб’э=50………..1000 Ом

            rб’к=106……….107 Ом

            r0=104………….106 Ом

            Сэ=10………….200 nФ

            Ск=0,2…………10 nФ

            S=0.02…………0.2 А/В

Наряду с П-образной применяют Т-образную модель, она получается из П-образной путем переноса управляемого источника и сопротивления r0.

iу=

Эти модели дают удовлетворительные результаты до нескольких десятков мегагерц - линейная модель.

  1. При расчетах на СВЧ необходимо применять специальные малосигнальные модели с частотными зависимостями.
  2. Вводятся дополнительные элементы в эти же модели.

Эти дополнительные элементы вводят в том случае, если в качестве базовой используется нелинейная модель.

rэ1Ом

rк1……100 Ом

Сбэ, Сбк, Скб0.4…..2 nФ

                                        Частотные свойства:

                             Полевые транзисторы (малосигнальная модель).

1. НЧ-модель

Uзи             S=iу

 

 

 

Реально для учета частотных свойств полевого транзистора вводят в модель три емкости

Характеристики находятся экспериментально или по справочным данным

            Типовые значения:

                                p-n-переходом                                     МОП-транзистором

S(крутизна)           0,1-10 мА/В                                             0.1-30 мА/В

Rси                          0.1-1МОм                                               0.1-4 МОм

Сси                          0.1-1 nФ                                                  0.1-1 nФ

Сзи ; Сзс                  1-10 nФ                                                   1-10 nФ

Нелинейные модели транзисторов.

            Линейные модели транзисторов и их параметры получаются из нелинейных.

         Общая нелинейная схема транзистора

Модель Гуммеля-Пуна

 - в нормальном включении

 - в инверсном включении

            Выражения для токов :

                       

                       

                       

                       

                       

Обобщенная схема поясняющая  и

      принцип нахождения

             - ток насыщения

- определяется для нормального включения

- для инверсного (полярность истока меняем)

=20200 – для нормальных транзисторов

            Другая часто используемая эквивалентная модель – модель Эберса-Молла , она моделирует токи инжектированные p-n-переходами, вместо диодов помещают два источника тока

                   -сопротивление утечки коллектора

                      -сопротивление утечки эмиттера

            Выражение, описывающее поведение элементов схемы есть в учебниках.

Для получения большей точности расчетов в рассматриваемых нелинейных моделях могут быть введены, как и в малосигнальной модели, объемные сопротивления базы, коллектора и эмиттера и емкости СКЭ, СБЭ, СКБ.

                        Модель ОУ.

            Применяется для усиления, аналоговых вычислений и в частотно избирательных цепях. ОУ выполняется по схеме УПТ. При моделировании для упрощения можно считать Uсм=0; Iвх=0

            Свойства ОУ, как усилительного элемента определяются в основном цепями О.С. Кус с разомкнутой О.О.С. составляет > 10000 раз, высокое входное и низкое выходное сопротивления.

            Внутренняя структура ОУ содержит 10 – 30 полупроводниковых элементов.

Наиболее простой моделью является :

                        Модели пассивных компонентов.

            1. Идеальные пассивные компоненты обладают линейными свойствами и их параметры поддаются строгому описанию, импедансы этих компонентов описываются с помощью следующих соотношений :

 

      

            Однако Реальные элементы в отличие от идеальных содержат дополнительные паразитные компоненты влияние которых может проявляться как на низких, так и на высоких частотах.

            2. Реальные резисторы.

                                                                                  

            На рисунке представлена эквивалентная модель реального резистора с сосредоточенным импедансом.

R-полное сопротивление

LS-паразитная последовательная индуктивность

СP-паразитная параллельная емкость

                                                                                        

Типичная зависимость импеданса от частоты показывает:

  1. Импеданс высокоомных резисторов на низких частотах не зависит от частоты, а затем уменьшается.
  2. Импеданс низкоомных резисторов на низких частотах также не зависит от частоты, затем увеличивается и также падает после резонансной частоты, образуя пик.

Тип резистора

LS, нГн

СP, nФ

fс, МГц

металлический объемный

компорционные

углеродистые

металлопленочные

с поверхностным мантажем

проволочный

3-100

5-30

15-700

15-700

0.2-3

48-2500

0.1-1

0.1-2

0.1-0.8

0.1-0.8

0.01-0.08

2-14

500…..3000

750-2000

300-1500

300-1500

500-4000

8-200

Похожие материалы

Информация о работе