A bipoláris tranzisztor modellezése

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "A bipoláris tranzisztor modellezése"

Lili Soósné
5 évvel ezelőtt
Látták:

1 A bipoláris tranzisztor modllzés Készíttt Katona Józsf Mikrolktronika és mikrorndszrk fbruár 20.

2 A bipoláris tranzisztor működés az Ebrs Moll modll I I E C = I ES = α ( U ) ( ) BE / UT U BC / UT α RICS ( U / ) ( / ) BE UT U BC UT I + I f ES CS

3 A bázis és a kollktor soros llnállása r bb a bázis soros llnállása r cc a kollktor soros llnállása (ltmttt rétg)

4 Kimnő vztés és visszahatás (Early hatás) visszahatás I B állandó, U CE nő U BE nő kimnő vztés di du C CE 0 Magyarázat: kollktor kiüríttt rétg változtatja a bázisvastagságot

5 A tranzisztor határfrkvnciái α β [ db] α 0 / 2 β 0 3dB f α f f β f f T lg f f α = f α α = 0 2 f β = f β β = 0 2 G max [ db] f = f β = f T ( f ) β = f + f f 20 β f f max lg f f max = f G = max

6 Az áramrősítés nagyfrkvnciás csökknésénk okai. Az mittr bázis tértöltés kapacitás töltés kisütés i i b n = + jωc T r ahol i n az mittrből injktált áram, i b pdig a bázisba ténylgsn átjutó áram 2. A transzport hatásfok nagyfrkvnciás csökknés A bázisbli töltésflhalmozás és rkombinációs vsztség miatt a transzport hatásfok csökkn η tr0 a DC transzport hatásfok, T 0 a bázisáthaladási idő η tr ηtr0 + jωt 0

7 Az áramrősítés nagyfrkvnciás csökknésénk okai 3. Futási idő jlnség a kollktor kiüríttt rétgébn A kollktor kiüríttt rétgébn nagy a térrő, az lktronok a maximális v th sbsséggl mozognak, z határozza mg a kollktor oldali futási időt (S C a kiür.rtg. szélsség) a kiüríttt rétgbn a váltakozó áram c' c ltolási áramot klt, miatt az rdő i T b c' + jω áram csökkn 2 i c T = C S v C th 4. A bázis kollktor tértöltés kapacitás töltés kisütés i i c c' c = + jωr cc' C Tc

8 A tranzisztor határfrkvnciái Az lőbbi szközfizikai lmélt alapján lvzthtők a tranzisztor határfrkvnciáit mgadó képltk α lg β α 0 / 2 ( β / 2 ) lg 0 f α f f β f f T lg f f T f α 2π ( τ + τ + τ + τ ) 2π( C r + T + T / 2 + C r ) EB B C BC = T 0 c Tc cc' f max f 8πr α bb' C b'c', ahol G max =

9 A mértcsökkntés hatásai oldalfalhatás a latrális és vrtikális mértk összmérhtők az áramok intrinsic és xtrinsic részből állnak rkombináció a p+ bázisban oldalfalkapacitások

10 A határfrkvnciák munkapontfüggés A határfrkvnciák érték függ a kollktoráramtól. Ennk oka az áramrősítés munkapontfüggés. f T áramfüggés β munkapontfüggés

11 Nagyáramú ffktusok áramkiszorítás a bázis llnállásán ső fszültség miatt az mittr szél jobban lőfszíttt, mint a közp, vagyis az áram az mittr prmén folyik lcsökkn az r bb, d az szköz rősn mlgszik áramszéttrülés az lktronáram széttrül, gy rész az xtrinsic részn krsztül jut l a kollktorba, miatt nő a bázis futási idő

Nagyáramú ffktusok nagyszintű injkció (a kisbbségi töltéshordozók sűrűség összmérhtő a többségikévl) kollktor hátratolódás (Kirk hatás): a kollktor már nm idális nylő, az lktronok fltorlódnak az

12 Nagyáramú ffktusok nagyszintű injkció (a kisbbségi töltéshordozók sűrűség összmérhtő a többségikévl) kollktor hátratolódás (Kirk hatás): a kollktor már nm idális nylő, az lktronok fltorlódnak az átmntnél, és töltésük hozzáadódik a kiüríttt rétg töltéséhz. Ezt kompnzálandó, a bázis oldalán csökkni, a kollktoroldalon nőni kll a kiür. rétg szélsségénk, azaz a tértöltésnk. Ez olyan, mintha a kollktor hátrébb tolódott volna, így nő a bázisvastagság, miatt nő a futási idő, illtv csökkn a transzport hatásfok, és miatt az áramrősítés is. ambipoláris diffúzió: a bázis mittrflőli oldalán mgnő a lyukkoncntráció, hogy llnsúlyozza az lktronok töltését, miatt nagy lsz a rkombinációs vsztség

13 A Gumml Poon modll 970 bn publikálták lőrlépés az Ebrs Moll modllhz képst: intgral charg control rlation bvztés, azaz a bázisba injktált töltés változását írja l Early hatás nagyszintű injkció külső paraziták (soros llnállások és szubsztrát kapacitás) hőmérsékltfüggő paramétrk

14 A Gumml Poon modll nagyjlű hlyttsítőkép Az intrinsic rész: áramvzérlt áramforrás (ic E ) két két dióda átmntnként B E és B C átmnt kapacitása Az xtrinsic rész: a kontaktusok soros llnállásai kollktor szubsztrát kapacitás

15 A Gumml Poon modll nagyjlű hlyttsítőkép

16 A Gumml Poon modll áramgynlti bázisáram: = vt vbc vt vbc vt vbe vt vbe ib NC NR NE NF ISC BR IS ISE BF IS = vt vbc vt vbc vt vbc vt vbe Nqb ic NC NR NR NF ISC BR IS IS kollktoráram: ( ) s s q q Nqb = bázistöltés számítása: VAF VAR vbc vbe q s = + = 2 vt vbc vt vbe s q NR NF IKR IS IKF IS Early hatás nagyszintű injkció

17 A Gumml Poon modll áramgynlti bázisáram: = vt vbc vt vbc vt vbe vt vbe ib NC NR NE NF ISC BR IS ISE BF IS = vt vbc vt vbc vt vbc vt vbe Nqb ic NC NR NR NF ISC BR IS IS kollktoráram: ( ) s s q q Nqb = bázistöltés számítása: VAF VAR vbc vbe q s = + = 2 vt vbc vt vbe s q NR NF IKR IS IKF IS Early hatás nagyszintű injkció

18 Az llnállások munkapontfüggés bázis hozzávztési llnállás ( RB ) RBB = RBM + 3 RBM tan ( z ) z tan z 2 ( z ) z = 2 + π 24 π 2 2 ib IRB ib IRB Az mittr és a kollktor sors llnállásának a Gumml Poon modllbn nincs munkapontfüggés, RE és RC konstans!

19 A Gumml Poon modll AC kisjlű hlyttsítőkép g = B' E' di dv b B' E' g 0 di = dv c B' C' dv di b B' C' A C B C kapacitást gyakran kttéosztják gy XCJC< paramétrrl. A kapacitásnak kkora rész az intrinsic bázispont (B ) és a C, a többi rész a báziskontaktus (B) és a C között hlyzkdik l. Az XCJC érték bfolyásolja az f max frkvnciát.

20 A kapacitások modllzés A pn átmntk kapacitása két részből áll, a diffúziós kapacitásból (az összg második tagja) és a tértöltés kapacitásból (lső tag): C BC CJC di = + TR v dv BC MJC VJC c BC C BE CJE di = + TFF v dv BE MJE VJE c BE A tranzisztort ált. normál aktív üzmbn használják, zért TR konstans, csak az mittroldali diffúziós kapacitást írták l pontosabban (if a diffúziós áram) TFF 2 v i BC f = TF + XTF. 44VTF i f + ITF Nyitott pn átmntnél a tértöltés kapacitás hatása másként jlntkzik, zért az mittroldalon másként modllzik C SBE = CJE VBE ( ) ( ) FC( + MJE) + MJE + MJE FC VJE, ha VBE>FC*VJE

21 Hőmérsékltfüggés modllzés

22 A paramétrxtrakció lépési tértöltés kapacitások paramétri ohmikus paraziták DC áramok paramétri bázis soros llnállása futási idő paramétri végső optimalizálás

23 S paramétrk Tértöltés kapacitások modllzés

24 Emittr soros llnállása RE

25 Kollktor soros llnállása RC

26 Bázis soros llnállása RBM, RB, IRB

27 Bázis soros llnállása RBM, RB, IRB

28 Bázis soros llnállása (RBM, RB, IRB)

29 Early fszültség VAF

30 Kollktoráram paramétri IS, NF, IKF

31 Bázisáram paramétri IS, NF, IKF

32 Bázisáram paramétri IS, NF, IKF

33 Futási idő modllzés VCB=0

34 Bázisáram paramétri IS, NF, IKF

35 A Gumml Poon modll hiányai Ohmos hatások: az RC és RE llnállás konstans érték, nincs áram, fszültség és hőmérsékltfüggésük Normál üzm DC modllzés: az IKF nagyáramú paramétr csak a β csökknésénk a kzdőpontját írja l, a további mrdkségr vonatkozó paramétr nincs (a modll mrdkségt használ, log log ábrázolásban) a kimnti karaktrisztika tlítési szakasza hiányos, nm fdi l a mai kisfszültségű (VCE<0.5V) tranzisztorok működését sm a bázis mittr, sm a bázis kollktor dióda stén nincsnk ltörési jlnségk figylmb vév Hőmérséklti modllzés: a VJE, VJC, VJS paramétrk (a pn átmntk diffúziós potnciálja) értékénk TNOM hőmérsékltn 0.4V fölött kll lnni, különbn az analízis nm lsz konvrgns a modll nm vszi figylmb az szköz mlgdését

36 A Gumml Poon modll hiányai Invrz üzm DC modllzés: a tlítési áram IS paramétr a modllbn ugyanaz, mint normál üzm stén az IKF hz hasonlóan az IKR sm írja l a β csökknésénk mrdkségét a kimnti karaktrisztika tlítési szakasza itt is hiányos AC modllzés: a TF mittr időállandó modllzés nm fizikai alapon történik, zért gyakran pontatlan a TR invrz üzmi kollktor időállandó konstans Intgrált áramköri tranzisztorok: a parazita pnp tranzisztor hatását a modll mllőzi

37 A VBIC modll

38 A VBIC modll Tlítési határhlyzt lírása (modulált kollktor soros llnállás) a bázisvastagság modulációjának prcízbb lírása az szköz mlgdésénk figylmb vétl kapacitásmodll továbbfjlsztés parazita pnp tranzisztor futási idő lírásának javítása losztott bázis lavinasokszorozódás fázistöbblt pontosabb lírása

39 Zaj szimulációja Trmikus zaj (Thrmal nois) Sörétzaj (Shot nois) /f zaj (Flickr nois) BF= in Gumml Poon modl

40 A Philips MEXTRAM modll 986 Philips: d Graaf, Klostrmann, Jansn

41 A HICUM (HIgh CUrrnt Modl) modll 984 M. Schrötr, TU Drsdn

42 Modllparamétrk GP 42 VBIC 85 MEXTRAM 62 HICUM 00 Javasolt irodalom Agilnt IC CAP Charactrization & Modling Handbook

Hasonló dokumentumok

MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306

MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem MKROELEKTRONKA, VEEA306 A bipoláris tranzisztor. http://www.eet.bme.hu/~poppe/miel/hu/08-bipol3.ppt http://www.eet.bme.hu Az ideális tranzisztor karakterisztikái