МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ НУ „ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА” Кафедра ПЗ Звіт з лабораторної роботи №6 на тему: “Аналіз процесів перемикання імпульсних напівпровідникових структур” Львів 2003 Мета : набути навиків роботи з моделями напівпровідникових структур програми PSpise та провести дослідження роботи транзистора при його переході від закритого стану до відкритого та в зворотньому напрямку. Теоретичні вiдомостi Напiвпровiдниковi прилади, математичні моделі яких вбудовані в програму PSpise описуються великою кількістю параметрів, якi визначаються за допомогою оператора . MODEL . Цей оператор може бути поміщений як в описі завдання так i в файл бібліотеки, доступ до якого здійснюється за допомогою оператора . LIB . Опис конкретного напівпровідникового приладу містить його ім’я, номер вузлів підключення, ім’я моделі. В якостi моделі біполярного транзистора в програмі PSpise використовується модель Еберса-Молла або Гумела-Пуна, яка має розширений список параметрів. Приведемо список основних параметрів математичної моделі Еберса-Молла: _____________________________________________________________________________ │Iм'я │ Параметр │Значен-│Одини-│ │пара- │ │по за- │цi ви-│ │метра │ │мовчу- │мiрю- │ │ │ │ванню │вання │ │ IS │ Струм насичення при t=27C │10Е-16 │ А │ │ BF │ Максимальний коефiцiєнт пiдсилення │ 100 │ - │ │ │ му в схемi зi спiльним емiтером нор- │ │ │ │ │ мальному режимi │ │ │ │ BR │Максимальний коефiцiєнт пiдсилення стру-│ 1 │ - │ │ │ му в схемi зi спiльним емiтером в iн- │ │ │ │ │ версному режимi │ │ │ │ NF │ Коефiцiєнт неiдеальностi в нормальному │ 1 │ - │ │ │ режимi │ │ │ │ NR │ Коефiцiєнт неiдеальностi в iнверсному │ 0 │ - │ │ │ режимi │ │ │ │ ISS │ Зворотнiй струм p-n переходу пiдкладки │ 0 │ А │ │ NS │ Коефiцiєнт неiдеальностi переходу пiд- │ │ │ │ │ кладки │ 1 │ - │ │ RC │ Об'ємний опiр колектора │ 0 │ дм │ │ RE │ Об'ємний опiр емiтера │ 0 │ Ом │ │ RB │ Об'ємний опiр бази │ 0 │ Ом │ │ CJE │ Ємнiсть емiтерного переходу при нульо- │ 0 │ Ф │ │ │ вому │ │ │ │ VJE │ Контактна рiзниця потенцiалiв емiтер - │ 0.75 │ В │ │ │ ного переходу │ │ │ │ MJE │ Коефiцiєнт врахування плавностi │ 0.33 │ - │ │ │ емiтерного переходу │ │ │ │ CJC │ Ємнiсть колекторного переходу при │ 0 │ Ф │ │ │ нульовому змiщеннi │ │ │ │ VJC │ Контактна рiзниця потенцiалiв колектор-│ 0.75 │ В │ │ │ ного переходу │ │ │ │ MJC │ Коефiцiєнт врахування плавностi │ 0.33 │ - │ │ │ колекторного переходу │ │ │ │ CJS │ Ємнiсть колектора-пiдкладки при нульо- │ 0 │ Ф │ │ │ вому змiщеннi │ │ │ │ VGS │ Контактна рiзниця переходу колектор- │ 0.75 │ В │ │ │ пiдкладка │ │ │ │ MGS │ Коефiцiєнт врахування плавностi пере- │ 0.33 │ - │ │ │ ходу колектор-пiдкладка │ │ │ │ FC │ Коефiцiєнт нелiнiйностi бар'єрних єм- │ 0.5 │ - │ │ │ ностей прямозмiшених переходiв │ │ │ │ EG │ Ширина забороненої зони │ 1.11 │ ЕВ │ │ XTB │ Температурний коефiцiєнт BF i BQ │ 0 │ - │ │ XT1 │ Температурний коефiцiєнт IS │ 3 │ - │ │ KF │ Коефiцiєнт, що визначає спектральну │ 0 │ - │ │ │ густину флiкер-шуму │ │ │ │ AF │ Показник степенi, що визначає залеж │ 1 │ - │ │ │ нiсть спектральної густини флiкер- │ │ │ │ │ шуму вiд струму через перехiд │ │ │ │_______│________________________________________│_______│______│ В програмi PSpisе прийнято наступне правило визначення додатного напрямку струмiв: в p-n-p структурi струми Ic,Ib,Ie, якi втiкають в транзистор вважаються додатнiми, для структур p-n-p всi напруги i струми мають протилежний напрямок. Динамiчнi властивостi p-n переходiв врахованi шляхом включення в модель ємностей колектора ,емiтера i пiдкладки i мають як дифузiйнi так i бар'єрнi складовi. В якостi прикладу приведемо список параметрiв моделi Гумеля-Пуна бiполярного транзистора КТ 3616 D. .MODEL KT 316 D NPN (IS= 2.75f XT1=3 EG=1.11 VAF=96 BF 136.5 +NE 2.496 ISE=12.8pA IKT=97.23m XTB==1.5 VDR=55 BR=0.66 NC=2 +ISC=15.5p IKR=.12 RB=70.6 RC=8.4 CJC=4.1pF MIE=0.33 TR=27.8n +tf=79.P itf=.151 VTF=25 XTF=2) Режим роботи транзистора в якостi ключа використовують в генераторних схемах отримання iнформацiйних iмпульсних сигналiв. З метою забезпечення заданих характеристик таких iмпульсiв (симетричностi заднього i переднього фронтiв iмпульсу , заданої їх крутизни) необхiдно мати достатньо точну модель транзистора. Параметри моделi транзистора повиннi бути пiдiбранi таким чином, щоб забезпечувати однакову потужнiсть розсiяння як при переходi транзистора з закритого стану у вiдкритий так i в зворотньому напрямку. Метою даної роботи є дослiдження цих процесiв як для моделi транзистора Q2N2222A типу p-n-p взятої з бiблiотеки програми PSpice, так i при змiнi його динамiчних властивостей шляхом пiдключення ємностей в контур бази та мiж базою i колектором. При цьому для вимірювання струму в колі колектора необхідно задатися величиною додаткового опору 1 ОМ. При визначеннi часу вiдкриття транзистора , вважати його початком момент ,коли напруга на колекторному переходi стає меншою напруги живлення, а кінцем - момент, коли напруга живлення стане меншою 1В. Величену напруги живлення задати 10 В.Попередньо необхiдно закрити транзистор шляхом подачi на його базу напруги -10 В, а вiдкриття здiйснювати напругою 10 В. При зворотньому процесi закриття транзистора його необхiдно попередньо вiдкрити шляхом подачi на базу напруги +10В i процес закриття здiйснювати напругою -10 В. За початок закриття вважати момент, коли напруга на базi стає вiд'ємною i вважати транзистор повнiстю закритим, коли напруга на колекторному переходi досягне 0.9 величини напруги живлення. Завдання на моделювання перехiдного процесу в транзисторi при його вiдкриттi визначається наступним чином: RB 1 2 1000 Q1 4 2 0 Q2 N 2222 A VB 3 0 10. .IC V(2)=10. V(4)=10 .LIB NOM.LIB .TRAN 0.000001 ms 0,0005 ms oms 0.000001 .PROBE V(2),V(4),I(RB),I(RK) .END{RIGHT} Знаючи величини струмiв та напруг на напівпровідникових структурах можна провести розрахунок середньої потужності, яка розсіюється за час перемикання транзистора. Миттєва потужнiсть в момент часу ti визначаеться за формулою P(ti)=Uke(ti)*Ik(ti)+Uбе(ti)*Iб(ti); а тодi середня потужнiсть, яка розсiяна в транзисторi за час перемикання tn може бути визначена наступним чином Pсер=(SUM(i=1,n)(p(ti))*^ti)/tп, де n - к-сть вiдлiкiв перехiдного процесу; ti - прирiст кроку мiж вiдлiками; tп - час перемикання транзистора (вiдкриття або закриття).