【正文】 k TqVSD DeII1??nkTqVn k TqVSDDeII ?? ? ? ?SDD In k TqVI lnln ?? 雙極型晶體管模型 SPICE的雙極型晶體管（ BJT）模型參數(shù)包括：模型的直流、交流小信號特性，溫度、噪聲性能 ，各種電容效應(yīng)和半導(dǎo)體物理屬性等。 ? BJT模型的偏置方式 PSpice的 BJT模型如圖所示。 集電極 c 注入空穴 Vbe+ Ib 發(fā)射極 e Ie Vbe+ Ic 復(fù)合電子 正向偏置 反向偏置 N P N 基極 b 發(fā)射結(jié) 發(fā)射的電子 集電結(jié) 收集的電子 NPN型 BJT偏置方式 EbersMoll 模型 Ebers－ Moll 模型有簡單直觀的特點(diǎn)，它給出各極電流與外偏壓的關(guān)系 。 IF和IR分別是發(fā)射結(jié)正向傳輸電流和集電結(jié)反向傳輸電流，其表達(dá)式為： IES ， ICS定義分別為基極 — 發(fā)射極和基極 — 集電極的飽和電流 ： ? 極電流可以表示為： 定義 IS為晶體管傳輸飽和電流，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?fù)浣Y(jié)構(gòu)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?；鶇^(qū)寬度調(diào)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。 VAF為正向 Early電壓， VAR為反向 Early電壓。 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(jié)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(shí)間。 在考慮溫度模型和噪聲模型，還應(yīng)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(nèi)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(dǎo) rπ： 輸入電阻 r0： 輸出電阻 gmR： 反向區(qū)跨導(dǎo) r181。 ： 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(yīng)、大電流注入效應(yīng)、基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)、基極電阻隨電流和偏壓的變化，以及擬飽和效應(yīng)等。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。由圖中曲線可以看出電流變化對 β值的影響。 （ 2）基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)，引入反向 Early電壓 VAR。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(diǎn)電流 IKR。 （ 5）基區(qū)電阻隨電流變化，由參數(shù) RB， RBM和 IRB表征。 ? 小電流時(shí)， IB還包含表面復(fù)合電流，發(fā)射極 — 基極耗盡區(qū)復(fù)合電流以及發(fā)射極 — 集電極溝道電流。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) )。 ]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。 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 n41111111111gVVeICeICeeIIgVqqVeICeqeeqIIRBCFBEkTnqVSkTnqVSkTnqVRkTnqVFSEBCRbbBEkTnqVSkTnqVRbkTnVkTnqVbSCCLBCELBERBEFBECLBCRBCRBEFBE???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 截止區(qū)： 極電流 IC和 IE的工作范圍是 VBE≤5kT/q,VBC≤ 5kT/q。 ? GummelPoon模型有 3個與 EbersMoll模型不同的效應(yīng)：基極 集電極分配電容，正向渡越時(shí)間 (τF)，剩余相位(Excess Phase)基區(qū)的分配現(xiàn)象。其中參數(shù) XCJC在 0~1之間變化； CJC是基極－集電極之間的總電容。 ? ?? ?? ?? ??????????????????????????????????CCBXCBXCCJ CJCCCBXmCBXCJ CJCJXFVVmFFXCFVVXCCC????,10,11032 ? 渡越時(shí)間 (τF) 在 IC為大電流時(shí)， τF與 IC和 VBC的關(guān)系不再是無關(guān)的，這個調(diào)制效應(yīng)可用下面方程描述： 這就引入 4個模型參數(shù)：理想正向渡越時(shí)間影響 τF ,τFF的大電流參數(shù) ITF， 描述 τFF隨 VBC變化的電壓參數(shù) VTF ,τFF隨偏置變化系數(shù) XTF ?????????????????????2TFCCCCVVTFFFF IIIeXTFBC??公式符號 參數(shù)名 定 義 單位 默認(rèn)值 IS IS 飽和電流 A 1 106 βF BF 理想最大正向電流增益 100 βR BR 反向電流放大系數(shù)最大值 1 nF NF 正向電流發(fā)射系數(shù) 1 nR NR 反向電流發(fā)射系數(shù) 1 C2 ISE(C2) 基極 發(fā)射極漏飽和電流 A 0 BJT晶體管模型總參數(shù)表 公式符號 參數(shù)名 定 義 單位 默認(rèn)值 C4 ISC(C4) 基極 集電極漏飽和電流 A 0 IKF IKF 正向膝點(diǎn)電流 A ∞ IKR IKR 反向膝點(diǎn)電流 A ∞ nEL NE 基極 發(fā)射極漏發(fā)射系數(shù) nCL NC 基極 集電極漏發(fā)射系數(shù) 2 VA VAF 正向 Early電壓 V ∞ VB VAR 反向 Early電壓 V ∞ 公式符號 參數(shù)名 定 義 單位 默認(rèn)值 rC RC 集電極電阻 Ω