《双极晶体管模型》PPT课件

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1、双极晶体管模型和模型参数西安电子科技大学微电子学院hlyou@mail.xidian.edu.cn2013年12月双极晶体管模型和模型参数一、概述二、EM－1模型(J.J.EbersJ.L.Moll)三、EM－2模型四、EM－3模型五、EM－1、EM－2和EM－3中的模型参数六、其他效应的考虑七、获取晶体管模型参数的基本方法双极晶体管模型和模型参数一、概述(1)电路中的有源器件用模型描述该器件的特性。不同的电路模拟软件中采用的模型不完全相同，模型参数的名称和个数也不尽相同。(2)晶体管模型实际上以等效电路的形式描述晶体管端电流和端电压之间的关系。电路

2、模拟过程中，实际上是以等效电路代替晶体管器件，然后建立回路方程、计算求解。(3)电路模拟结果是否符合实际情况，主要取决于晶体管模型是否正确，特别是采用的模型参数是否真正代表实际器件的特性。(4)晶体管模型越精确，电路模拟效果越好，但是计算量也越大，因此应折衷考虑。这样，对同一种器件，往往提出几种模型。(5)学习中应该掌握模型参数的含义，特别应注意每个模型参数的作用特点，即在不同的电路特性分析中必需考虑考虑哪些模型参数。每个模型参数均有内定值。对于默认值为0或者无穷大的模型参数，如果采用内定值，相当于不考虑相应的效应。(6)如果采用模拟软件附带的模型参

3、数库，当然不存在任何问题。如果采用模型参数库中未包括的器件，如何比较精确地确定该器件的模型参数将是影响电路模拟结果的关键问题。PSpice模型参数库中的Q2N2222模型参数描述.modelQ2N2222NPN(Is=14.34fXti=3Eg=1.11+Vaf=74.03Bf=255.9Ne=1.307Ise=14.34f+Ikf=.2847Xtb=1.5Br=6.092Nc=2Isc=0+Ikr=0Rc=1Cjc=7.306pMjc=.3416+Vjc=.75Fc=.5Cje=22.01pMje=.377+Vje=.75Tr=46.91nTf=4

4、11.1pItf=.6+Vtf=1.7Xtf=3Rb=10)二、EM－1模型(J.J.EbersJ.L.Moll)1.基本关系式(针对NPN晶体管)若外加电压为：Vb’e’≠0,Vb’c’=0流过b’e’的电流为：IF=IES[exp(qVb’e’/kt)-1]则Ie=-IF,IC=αFIF(电流方向以流进电极为正)若外加电压为：Vb’e’＝0,Vb’c’≠0流过b’c’的电流为：IR=ICS[exp(qVb’c’/kt)-1]则Ie=αRIR,IC=-IR在一般情况下，Vb’e’≠0,Vb’c’≠0，则得：Ie=-IF＋αRIRIC=αFIF-IR

5、这就是晶体管直流特性方程,包括αF、αR、IES和ICS共4个参数。由互易定理，αFIES＝αRICS,记为αFIES＝αRICS＝IS(称为晶体管饱和电流)，所以直流特性中只有3个独立参数。取3个模型参数为αF、αR和IS。二、EM－1模型(J.J.EbersJ.L.Moll)2.实用关系式对上述方程进行下述处理，可以得到实用的直流特性模型。记αFIF＝αFIES[exp(qVb’e’/kt)-1]＝IS[exp(qVb’e’/kt)-1]＝ICCCC：CollectorCollectedαRIR＝αRICS[exp(qVb’c’/kt)-1]＝I

6、S[exp(qVb’c’/kt)-1]＝IECEC：EmitterCollected代入前面方程，得：Ie=-IF＋αRIR＝－ICC/αF+IEC=(-ICC/αF+ICC)-(ICC-IEC)=-ICC/βF-ICT(ICT＝ICC-IEC)IC=αFIF-IR=ICC-IEC/αR=(ICC-IEC)-(IEC/αR-IEC)=ICT-IEC/βR2.实用关系式Ie=-ICC/βF-ICTIC=ICT-IEC/βR这就是实用双极晶体管直流特性模型，共有3个模型参数：IS、βF和βR这3个参数记为：IS(晶体管饱和电流)BF(正向电流放大系数)B

7、R(反向电流放大系数)。考虑到电流和电压的指数关系是exp(qVb’c’/NFkt)和exp(qVb’e’/NRkt)则直流模型中还要包括两个模型参数:NF(正向电流发射系数)NR(反向电流发射系数)。二、EM－1模型(J.J.EbersJ.L.Moll)Ie=-ICC/βF-ICTIC=ICT-IEC/βR三、EM－2模型在表示直流特性的EM－1模型基础上，再考虑串联电阻、势垒电容和扩散电容，就得到考虑寄生参数和交流特性的EM－2模型。1.串联电阻考虑3个电极的串联电阻，新增3个模型参数：RB、RE和RC。2.势垒电容反偏情况下势垒电容的一般表达式

8、为：CJ＝CT0(1-V/VJ)-mj一共有3个参数。其中CT0是零偏势垒电容，与结面积以及工艺有关；VJ是