【文章內容簡介】 飽和電流，可得： RRFFBRRFERFFCIIIIIIIII)1()1( ?????????????]1[]1[)/()/(????kTqVSECkTqVSCCBCBEeIIeII傳輸模式電流 ICC ， IEC的定義分別為 ： CSRESFS III ?? ??)( kTqVkTqVSECCCCTBCBEeeIIII ????RECFCCBCTFCCERECCTCIIIIIIIII???????????EbersMoll靜態(tài)模型的拓撲結構可以改變?yōu)?EM模型的 π形式： 這樣，極電流則可分別 表示為： + Ib VBC IEC/βR ICC/βR E B + VBE C Ic Ie ICT=ICCIEC EM模型的 π形式 ? EbersMoll模型的電阻 如右圖所示，此模型 有三種常數(shù)值電阻 —— RC， RE和 RB，用以改善模型 的直流特性。 B’ + IB VBC IEC/βR ICC/βR + VBE Ie ICT=ICCIEC RB B RC C’ IC C E RE E’ ? Early效應（基區(qū)寬度調制效應） Early效應即基區(qū)寬度調制效應如圖所示。基區(qū)寬度調制是通過集電極 — 基區(qū)反向偏壓改變來改變電基極寬度(WB)的值，從而使飽和區(qū)輸出特性曲線向上彎曲。 ? Early電壓 (VA)會影響基極模型的 IC， IB電流方程。 VAF為正向 Early電壓， VAR為反向 Early電壓。 ? 可見 EM基本模型 直流參數(shù)有 8個： IS, βF, βR, RB, RE, RC, VA F, VA R IC VA 0 VCE ? 再考慮晶體管中電荷存儲效應，就得到 EbersMoll 大信號模型如圖所示： ? 電荷存儲效應引入三種類型的電容：兩個非線性結電容（ CJE, CJC）， 兩個非線性擴散電容（ CDE, CDC） 和一個集電極 襯底電容（ CJS）。 B’ RB IB CDC CDE CJC CJE VBC + + VBE C’ RC IC IEC/βR ICC/βF B C E RE IE E’ CJS ICT=ICCIEC ? 與 PN結相似， BJT的 Spice電容電壓控制方程如下： ? ?? ?? ?? ?????????????????????????????????????????????????????????????????????CCBCCBCCJCBCECRCCBCmCBCJCBCECRBCBCBCECBEEBEEJEBECCFECBEmEBEJEBECCFBEBEBEFVVmFFCdVdIFVVCdVdIdVdQCFVVmFFCdVdIFVVCdVdIdVdQCCE????????????,0,10,0,103232? ?? ????????????????????????????????SCCSSCSSJSSCCSmSCSJSCSFVVmCFVVCCS????,10,10 其中 τF和 τR分別是理想正、反向渡越時間。 ? 考慮電容后，模型參數(shù)增加了 12個： CJE（ 0） , CJC （ 0） , CJS （ 0） ,φE,φC,ΦS, mE,mC, mS, τF， τR 和 FC。 在考慮溫度模型和噪聲模型，還應該增加 5個參數(shù)： E g， XTβ， XTI， K f， Af ,(a) 飽和電流隨溫度的變化 (b)電流放大系數(shù)隨溫度的變化 (c)串聯(lián)電阻隨溫度的變化 (d) 內建電勢隨溫度的變化 （ e） 勢壘電容隨溫度的變化 ?r ?C?V)( ?? VgVg mRmF ??Vr ?CC?B?BBr ? crC+ +CC SroE?rEEB?EM小信號等效電路模型 gmF： 正向區(qū)跨導 rπ： 輸入電阻 r0： 輸出電阻 gmR： 反向區(qū)跨導 r181。： 集電極 基極電阻 C181。 ： 基極 集電極電容 CCS ： 集電極 襯底電容 Cπ： 發(fā) 基極等效電容 jeb CCC ???2. GummelPoon模型 ? Spice的 GummelPoon模型是一種適合于晶體管各工作區(qū)的非線性模型，它考慮了低電流效應、大電流注入效應、基區(qū)寬度調制效應、基極電阻隨電流和偏壓的變化，以及擬飽和效應等。 ? βF(理想最大正向電流增益 )值隨 IC電流變化如下圖所示。其中區(qū)域 Ⅰ 是低電流區(qū)， βF隨 IC增長而增加；區(qū)域 Ⅱ 是中電流區(qū)， βF 近似于常數(shù)；區(qū)域 Ⅲ 是高電流區(qū)， βF隨 IC增加而降低。 βF IL IKF IC βFM 1－ 1/nEL 1 區(qū)域 Ⅲ 區(qū)域 Ⅱ 區(qū)域 Ⅰ ? VBC=0時 IC和 IB隨 VBE變化的曲線如圖所示。由圖中曲線可以看出電流變化對 β值的影響。 βF IC IB lnI lnIS lnIS/βFM VBC=0 VBE 區(qū)域 Ⅰ 區(qū)域 Ⅱ 區(qū)域 Ⅲ ? 與 EbersMoll靜態(tài)模型相比， GummelPoon靜態(tài)模型的特性有了改進，表現(xiàn)在以下幾個方面： （ 1）低電流 β值下降。 （ 2）基區(qū)寬度調制效應，引入反向 Early電壓 VAR。 （ 3）大注入效應，又叫大電流效應。晶體管共射極電流放大系數(shù) βF（或 βR）將隨電流的增加而減小，引入大注入拐點電流 IKR。 (4) 發(fā)射系數(shù)的影響 , 增加兩個參數(shù) ,nF和 nR。 （ 5）基區(qū)電阻隨電流變化，由參數(shù) RB， RBM和 IRB表征。 RB表示零偏壓時的基區(qū)電阻， RBM表示大電流時的最小基區(qū)電阻， IRB表示基區(qū)電阻下降到一半時的電流。 ? 小電流時， IB還包含表面復合電流，發(fā)射極 — 基極耗盡區(qū)復合電流以及發(fā)射極 — 集電極溝道電流。而發(fā)射極 — 基極耗盡區(qū)復合電流是主要的。所以增加兩個電流源： 因而增加 C C4（ 正反向小電流非理想基極電流系數(shù)）和 nEL、 nCL (小電流基極 — 發(fā)射極發(fā)射系數(shù)和基極 — 集電極發(fā)射系數(shù) )。 相當于在 EM模型中增加了兩個非理想二極管。 ]1[]1[)/(4)/(2??kTnqVSRkTnqVSFCLBCELBEeICeIC而言：對而言：對??]1[]1[)/()/(????kTnqVSCLCkTnqVSELECLBCELBEeIIeII? 因而 GummelPoon靜態(tài)模型如圖所示： C’ B’ RBB’ + IB VBC RC IC + VBE IE RE E’ IEC/βR ICC/βF ICT=ICCIEC B C E ILE ILC ? 圖中各工作區(qū)電流方程如下： ? 正向放大區(qū)： 極電流 IC和 IE的工作范圍是 VBE5kT/q,VBC≤ 5kT/q。式中 nF、 nR分別是正、反向電流發(fā)射系數(shù)，qb代表基區(qū)存儲的多數(shù)載流子。 m i n42m i n4111111gVVICeICeIIgVqqVICqeqIIRBCFBESkTnqVSRkTnqVFSEBCRbbBESRbkTnqVbSCELBEFBEFBE??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 反向區(qū)： 極電流 IC和 IE的工作范圍是 VBE≤5kT/q， VBC 5kT/q。 m i n42m i n411111111gVVeICICeIIgVqqVeICeqeqIIRBCFBEkTnqVSSkTnqVRFSEBCRbbBEkTnqVSkTnqVRbkTnqVBSCCLBCRBCCLBCRBCRBC??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 飽和區(qū)： 極電流 IC和 IE的工作范圍是 VBE5kT/q，VBC 5kT/q。 m i n42m i n41111111111gVVeICeICeeIIgVqqVeICeqeeqIIRBCFBEkTnqVSkTnqVSkTnqVRkTnqVFSEBCRbbBEkTnqVSkTnqVRbkTnVkTnqVbSCCLBCELBERBEFBECLBCRBCRBEFBE???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 截止區(qū)： 極電流 IC和 IE的工作范圍是 VBE≤5kT/q,VBC≤ 5kT/q。 m i n42m i n41111gVVICICIIgVqqVICIIRBCFBESSRFSEBCRbbBESRSC????????????????????????????????????????????????GummelPoon大信號模型 ? Spice