Реферат: Математическое моделирование биполярных транзисторов типа p-n-p

Министерство образования РФ

Южно-Российский Государственный Технический Университет(НПИ)

ФАКУЛЬТЕТ ИТУ _

КАФЕДРА А и Т _

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ Электроника _

Пояснительная записка к курсовой работепо дисциплинеМетоды анализа и расчёта электронных схем

на тему Математическое моделирование биполярныхтранзисторов типа p-n-p

Выполнил студент III курса, группы 1б Евченко С. Е. __

(Ф.И.О.)

Принял ________________ _____ Савёлов Н. С. ___ _

(Ф.И.О.)

НОВОЧЕРКАССК 2001

Содержание

Введение

1. Проблема математическогомоделирования биполярных транзисторов

2.Описание изучаемого алгоритма

3. Описание программы

4.Решение контрольной задачи

5. Моделированиеэлектронных устройств

Заключение

Введение

Развитие вычислительной техники и повышение требованийк развиваемой электронной аппаратуре выдвинули на первый план создание системавтоматического проектирования.

До начала шестидесятых годов вычислительные методыиспользовались при анализе и проектировании цепей крайне незначительно.Квалифицированный инженер мог синтезировать простые цепи, пользуясь минимумом вычислений. Он создавалмакет схемы, производил измерения и различные модификации и в результатеполучал конечный вариант цепи.

В следующем времени ситуация сильно изменилась. Появилисьинтегральные схемы и стали доступными ЭВМ. Оба эти обстоятельства повлияли другна друга. Интегральные схемы сделали возможным производство более совершенныхЭВМ, а те в свою очередь облегчили проектирование новых интегральных схем.Несомненно, что в этой связи вычислительные методы стали иметь огромное значение.

Технический прогресс сделал возможным проектирование больших функциональных блоков,содержащих в одной схеме тысячи взаимосвязанных транзисторов. Разработка такихсхем стала невозможна при экспериментальной отладке на макете.

Достоверное моделирование различных полупроводниковыхприборов достаточно критично. Проблема моделирования полупроводниковых приборовтребует знания физики полупроводников. Но если специалист в области физикиполупроводников может предоставить необходимые уравнения специалисту в областиСАПР, то последнему остаётся ввести их в свои программы. При этом взначительной степени устраняются трудности, связанные с физикой работы прибора.

Если в уравнения, описывающие схему, введены нелинейныемодели компонентов, то решить эти уравнения становится достаточно сложно. Приэтом в программах САПРа затраты машинного времени на определение нелинейныхфункций, описывающих различные полупроводниковые приборы составляютзначительную часть общих затрат времени.

1.

Под моделированием понимается описание электрическихсвойств полупроводникового устройства или группы таких устройств, связанныхмежду собой, с помощью математических уравнений, эквивалентных схем или таблиц.

Термин “биполярный транзистор” связан с тем, что внём используются носители заряда двух видов: электроны и дырки. Слово“транзистор” (от англ. transferresistor)означает, что этот прибор согласует низкоомную цепь эмиттера с высокоомнойцепью коллектора.

При описаниисложных устройств и многомерных систем используются их выходные характеристики,на основе которых создаются макромодели. Модели, определяющие электрическиесвойства, используются для точного анализа.

При математическом моделированииглавными проблемами являются:

— отсутствие математическихзависимостей, точно описывающих реальные биполярные транзисторы.

-из-за увеличенияпараметров, описывающих математическую модель, усложняются и формулы, покоторым производится моделирование.

Это, в свою очередь, приводит к потребности откомпьютера всё больше его ресурсов и всё больше времени на решение конкретныхзадач. Полученные требования реально ограничивают возможность использованиясложных формул.

На практике, в зависимостиоп поставленной задачи, применяютсяматематические модели разной сложности. Так в программах обучающего типаиспользуются модели, описывающие только основные параметры. Такие как:

-

В программах,предназначенных для моделирования сложных реальных схем, используются болеесложные математические зависимости.

Реальные транзисторы имеютопределённый разброс своих характеристик. Это приходится учитывать примоделировании для получения требуемого результата.

Каждый вид транзистора,выпускаемый на заводах, имеет набор параметров и характеристик, описанных впаспортных данных. На данный момент времени количество таких параметровдостигает сотни. При математическом моделировании не всегда возможно все ихучесть, а принимаются по умолчанию некоторые средние значения, которыеотносительно точно отражают физические характеристики. Эти допущения не всегдаточно моделируют реальные биполярные транзисторы.

2.

Биполярный транзистор состоит из двухвзаимодействующих p-n перехода, созданных вобъёме монокристалла кремния илигермания. В зависимости от характера примесей в этих областях принято различатьтранзисторы типа p-n-p и n-p-n.

Модель Эберса — Молла применима при моделировании по постоянномутоку.

<img src="/cache/referats/16927/image006.gif" v:shapes="_x0000_s1039"><img src="/cache/referats/16927/image007.gif" v:shapes="_x0000_s1037"><img src="/cache/referats/16927/image008.gif" v:shapes="_x0000_s1038"> <img src="/cache/referats/16927/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1025"> Uэк

Рис. 1. Биполярный транзистор

<img src="/cache/referats/16927/image014.gif" v:shapes="_x0000_s1045"><img src="/cache/referats/16927/image015.gif" v:shapes="_x0000_s1088"><img src="/cache/referats/16927/image016.gif" v:shapes="_x0000_s1087"><img src="/cache/referats/16927/image017.gif" v:shapes="_x0000_s1068"><img src="/cache/referats/16927/image018.gif" v:shapes="_x0000_s1047"> <img src="/cache/referats/16927/image020.gif" v:shapes="_x0000_i1027"> эмиттер

<img src="/cache/referats/16927/image029.gif" v:shapes="_x0000_s1050"><img src="/cache/referats/16927/image030.gif" v:shapes="_x0000_s1105 _x0000_s1062 _x0000_s1063 _x0000_s1064"><img src="/cache/referats/16927/image031.gif" v:shapes="_x0000_s1061"><img src="/cache/referats/16927/image032.gif" v:shapes="_x0000_s1054"><img src="/cache/referats/16927/image033.gif" v:shapes="_x0000_s1049"> RБ. <img src="/cache/referats/16927/image035.gif" v:shapes="_x0000_i1030"> CCS

<img src="/cache/referats/16927/image048.gif" v:shapes="_x0000_s1074"><img src="/cache/referats/16927/image049.gif" v:shapes="_x0000_s1070"><img src="/cache/referats/16927/image050.gif" v:shapes="_x0000_s1046"><img src="/cache/referats/16927/image051.gif" v:shapes="_x0000_s1066"><img src="/cache/referats/16927/image052.gif" v:shapes="_x0000_s1086"><img src="/cache/referats/16927/image053.gif" v:shapes="_x0000_s1076"><img src="/cache/referats/16927/image054.gif" v:shapes="_x0000_s1053"> база

<img src="/cache/referats/16927/image031.gif" v:shapes="_x0000_s1051"><img src="/cache/referats/16927/image055.gif" v:shapes="_x0000_s1052"><img src="/cache/referats/16927/image056.gif" v:shapes="_x0000_s1106 _x0000_s1057 _x0000_s1104 _x0000_s1056 _x0000_s1058 _x0000_s1059"> DBC. RC П- подложка

<img src="/cache/referats/16927/image064.gif" v:shapes="_x0000_s1108"><img src="/cache/referats/16927/image065.gif" v:shapes="_x0000_s1044"> <img src="/cache/referats/16927/image067.gif" v:shapes="_x0000_i1034"> коллектор <img src="/cache/referats/16927/image068.gif" v:shapes="_x0000_s1069"><img src="/cache/referats/16927/image069.gif" v:shapes="_x0000_s1043">

Рис. 2. Модель Эберса – Молла.

1) расчёттемпературного потенциала.

<img src="/cache/referats/16927/image073.gif" v:shapes="_x0000_i1036">;

<img src="/cache/referats/16927/image075.gif" v:shapes="_x0000_i1037"> <img src="/cache/referats/16927/image077.gif" v:shapes="_x0000_i1038"> — постояннаяБольцмана;

<img src="/cache/referats/16927/image079.gif" v:shapes="_x0000_i1039"> Кл — элементарный заряд.

T — текущаятемпература в Кельвинах.

2) расчёттока насыщения, зависящего от температуры и

напряжениямежду эмиттером и коллектором.

iso — ток насыщения при TNOM;

VA – напряжение Эрли;

EG – ширина запрещённой зоны;

TNOM– номинальная температура в Кельвинах.

3)определения величины IС и UС — ток и напряжение на диоде при переходе налинейный участок.

<img src="/cache/referats/16927/image083.gif" v:shapes="_x0000_i1041">; <img src="/cache/referats/16927/image085.gif" v:shapes="_x0000_i1042">;

RJ – минимальноедифференциальное сопротивление перехода;

4) перевод температурного коэффициента всистему С.

TCB (в системе С) = TCB*10-6 (в PPM) .

5) поправка коэффициентов передачи по току всхеме с ОЭ на температуру.

BF (исправленное) = BF * (1 + (T-TNOM) * TCB;

BR (исправленное) = BR * (1 + (T-TNOM) * TCB.

BF – коэффициент передачипо току в схеме с ОЭ для нормального включения.

BR – коэффициент передачипо току в схеме с ОЭ для инверсного включения.

6) Математическое описание зависимости токадиода DBE от напряженияна

нем.

<img src="/cache/referats/16927/image087.gif" v:shapes="_x0000_i1043"> при <img src="/cache/referats/16927/image089.gif" v:shapes="_x0000_i1044">;

<img src="/cache/referats/16927/image091.gif" v:shapes="_x0000_i1045"> при <img src="/cache/referats/16927/image093.gif" v:shapes="_x0000_i1046">;

д)Математическое описание зависимости тока диода DBC от напряжения на

нем.

<img src="/cache/referats/16927/image095.gif" v:shapes="_x0000_i1047"> при <img src="/cache/referats/16927/image097.gif" v:shapes="_x0000_i1048">;

<img src="/cache/referats/16927/image099.gif" v:shapes="_x0000_i1049">при <img src="/cache/referats/16927/image101.gif" v:shapes="_x0000_i1050">;

e) математическоеописание управляемого источника тока.

<img src="/cache/referats/16927/image103.gif" v:shapes="_x0000_i1051">.

ж) расчёт токов коллектора и эмиттера;

ik= iу — iкб; iэ = iу + iэб;

и) расчётбарьерной емкости перехода ЭБ;.

CJEO – барьерная емкостьперехода ЭБ при нулевом смещении;

VJE – контактная разностьпотенциалов для переходов ЭБ;

MJE – показатель степенив выражении для барьерной емкости.

к) расчётдиффузионной емкости перехода ЭБ.

TAUF – среднее времяпролета носителей через базу в нормальном режиме.

л) расчётемкости CBE.

CBE = CJE+CDE;

м) расчётбарьерной емкости перехода КБ.

CJCO – барьерная емкостьперехода КБ при нулевом смещении;

VJC – контактная разностьдля переходов КБ;

MJC – показатель степенив выражении для барьерной емкости.

н) расчётдиффузионной емкости перехода КБ.

CDC = 0 при <img src="/cache/referats/16927/image129.gif" v:shapes="_x0000_i1064">

TAUR – среднее времяпролета носителей через базу в инверсном режиме.

о) расчётемкости CBC.

CBC= CJC+CDC;

3.

Program

bipolar;

uses {wincrt,windos}crt,dos,graph;

Label 1;

var

t1,t2,t3,t4,

Uc, Uccs,Ucb, Uec, Ueb, VA, VJC, VJE,

Is0, Is,Ieb, Icb ,Ib ,Ic, Iy,Ik,Ie,

CJC0, CJE0,CBE, CJE, CDE, CBC, CJC, CDC,

RB,RC,RJ,

T, TNOM,TCB,

Kyf,a,BF,BR, EG, TAUF, TAUR, MJC, MJE, CCS, K, FIt, q,expon: extended;

ii,col,row:integer; { extended 3.4e-4932..1.1e4932}

an,key:char;

function st(a:extended; b:extended):extended;

begin

if b<0then

begin

if(-1*b * ln(a)) < 1.1356523e4 then

begin

st:=1/(exp((-1*b) * ln(a)));

end

elsest:= 1;

end

else

begin

if (b *ln(a)) > 1.1356523e4 then

begin

st:=1e4000;

end

else

begin

st:=exp((b) * ln(a));

end;

end;

Procedure Model(Ueb,Ucb:extended;varIeb,Icb,Ib,Iy:extended);

Begin

If Ueb >Uc then Ieb := 1 / BF * (Ic+ (Ueb — Uc) / RJ )

else Ieb :=1 / BF * Is * (st(expon,Ueb/ FIt) -1);

If Ucb >Uc then Icb:= 1/BR * (Ic + (Ucb-Uc)/RJ)

else Icb:= 1/BR * Is* (st(expon, Ucb/FIt)-1);

Ib:= Ieb +Icb;

Iy:= Ieb*BF- Icb*BR;

end;

procedure InputTrans;

Label 1,2,3;

begin

clrscr;

BF:=75;

BR:=0.3;

TCB:=2500;

Is0:=3.5e-15;

EG:=1.11;

CJC0:=4e-12;

CJE0:=1.2e-12;

RB:=67;

RC:=7.3;

VA:=102;

TAUF:=9.4e-11;

TAUR:=6.692e-8;

MJC:=0.33;

VJC:=0.65;

MJE:=0.69;

VJE:=0.69;

CCS:=1e-12;

RJ:=0.01;

writeln(' It is defaultparameters of transistor KT316B (Y/N) ');

gotoxy(col+3,row+3);

write('[Forward beta] ');

gotoxy(col+39,row+3);

write(BF);

gotoxy(col+3,row+4);

write('[Revers beta] ');

gotoxy(col+39,row+4);

write(BR);

gotoxy(col+3,row+5);

write('[Temp. coef. of BETTA (PPM)] ');

gotoxy(col+39,row+5);

write(TCB);

gotoxy(col+3,row+6);

write('[Saturation Current] ');

gotoxy(col+39,row+6);

write(Is0);

gotoxy(col+3,row+7);

write('[Energy gap (0.6 to 1.3)] ');

gotoxy(col+39,row+7);

write(EG);

EG:=EG*1.6e-19;

gotoxy(col+3,row+8);

write('[CJC0] ');

gotoxy(col+39,row+8);

write(CJC0);

gotoxy(col+3,row+9);

write('[CJE0] ');

gotoxy(col+39,row+9);

write(CJE0);

gotoxy(col+3,row+10);

write('[Base resistance] ');

gotoxy(col+39,row+10);

write(RB);

gotoxy(col+3,row+11);

write('[Collector resistance] ');

gotoxy(col+39,row+11);

write(RC);

gotoxy(col+3,row+12);

write('[Early Valtage] ');

gotoxy(col+39,row+12);

write(VA);

gotoxy(col+3,row+13);

write('[TAUforward] ');

gotoxy(col+39,row+13);

write(TAUF);

gotoxy(col+3,row+14);

write('[TAUreverse] ');

gotoxy(col+39,row+14);

write(TAUR);

gotoxy(col+3,row+15);

write('[MJC] ');

gotoxy(col+39,row+15);

write(MJC);

gotoxy(col+3,row+16);

write('[VJC] ');

gotoxy(col+39,row+16);

write(VJC);

gotoxy(col+3,row+17);

write('[MJE] ');

gotoxy(col+39,row+17);

write(MJE);

gotoxy(col+3,row+18);

write('[VJE] ');

gotoxy(col+39,row+18);

write(VJE);

gotoxy(col+3,row+19);

write('[CSUB] ');

gotoxy(col+39,row+19);

write(CCS);

gotoxy(col+3,row+20);

write('[Minimumjunction resistance] ');

gotoxy(col+39,row+20);

write(RJ);

gotoxy(col+6,row+25);

write('Accept parameters of transistor (Y/N) ');

an:=readkey;

case anof 'y': goto 3;

'Y': goto 3;

'n': goto 2;

'N': goto 2;

else

begin

sound(500);

delay(1000);

nosound;

goto 1;

end;

2: clrscr;

gotoxy(col+25,row+1);

write('Input next parameters of transistor');

gotoxy(col+3,row+3);

write('[Forward beta] ');

gotoxy(col+40,row+3);

read(BF);

gotoxy(col+39,row+3);

write(BF);

gotoxy(col+3,row+4);

write('[Revers beta] ');

gotoxy(col+40,row+4);

read(BR);

gotoxy(col+39,row+4);

write(BR);

gotoxy(col+3,row+5);

write('[Temp. coef. of BETTA (PPM)] ');

gotoxy(col+40,row+5);

read(TCB);

gotoxy(col+39,row+5);

write(TCB);

gotoxy(col+3,row+6);

write('[Saturation Current] ');

gotoxy(col+40,row+6);

read(Is0);

gotoxy(col+39,row+6);

write(Is0);

gotoxy(col+3,row+7);

write('[Energy gap (0.6 to 1.3)] ');

gotoxy(col+40,row+7);

read(EG);

gotoxy(col+39,row+7);

write(EG);

gotoxy(col+3,row+8);

write('[CJC0] ');

gotoxy(col+40,row+8);

read(CJC0);

<span Courier New";mso-fareast-font

еще рефераты

Еще работы по радиоэлектронике

Реферат по радиоэлектронике

Приёмник переносной радиовещательный ДВСВ диапазон

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Cкремблирование и дескремблирование линейного сигнала

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Розрахунки й оптимізація характеристик систем електрозв’язку. (Расчёты и оптимизация характеристик систем электросвязи)

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Расчёт видео усилителя

29 Августа 2013