Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

A bipoláris tranzisztor modellezése Mikroelektronika és mikrorendszerek 2003. február 20. Készítette Katona József.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "A bipoláris tranzisztor modellezése Mikroelektronika és mikrorendszerek 2003. február 20. Készítette Katona József."— Előadás másolata:

1 A bipoláris tranzisztor modellezése Mikroelektronika és mikrorendszerek február 20. Készítette Katona József

2 A bipoláris tranzisztor működése - az Ebers-Moll modell

3 A bázis és a kollektor soros ellenállása r bb’ a bázis soros ellenállása r cc’ a kollektor soros ellenállása (eltemetett réteg)

4 Kimenő vezetés és visszahatás (Early-hatás) kimenő vezetésvisszahatás I B állandó, U CE nő  U BE nő Magyarázat: kollektor kiürített réteg változtatja a bázisvastagságot

5 A tranzisztor határfrekvenciái fTfT f1f1 ff ff

6 1. Az emitter-bázis tértöltés-kapacitás töltése-kisütése Az áramerősítés nagyfrekvenciás csökkenésének okai 2. A transzport hatásfok nagyfrekvenciás csökkenése A bázisbeli töltésfelhalmozás és rekombinációs veszteség miatt a transzport hatásfok csökken ahol i en az emitterből injektált áram, i e  b pedig a bázisba ténylegesen átjutó áram  tr0 a DC transzport hatásfok, T 0 a bázisáthaladási idő

7 3. Futási idő jelenség a kollektor kiürített rétegében Az áramerősítés nagyfrekvenciás csökkenésének okai 4. A bázis-kollektor tértöltés-kapacitás töltése-kisütése A kollektor kiürített rétegében nagy a térerő, az elektronok a maximális v th sebességgel mozognak, ez határozza meg a kollektor oldali futási időt (S C a kiür.rtg. szélessége) a kiürített rétegben a váltakozó áram eltolási áramot kelt, emiatt az eredő áram csökken

8 A tranzisztor határfrekvenciái Az előbbi eszközfizikai elmélet alapján levezethetők a tranzisztor határfrekvenciáit megadó képletek fTfT f1f1 ff ff, ahol

9 A méretcsökkentés hatásai oldalfalhatás - a laterális és vertikális méretek összemérhetőek az áramok intrinsic és extrinsic részből állnak rekombináció a p+ bázisban oldalfalkapacitások

10 A határfrekvenciák munkapontfüggése A határfrekvenciák értéke függ a kollektoráramtól. Ennek oka az áramerősítés munkapontfüggése. f T áramfüggése  munkapontfüggése

11 áramkiszorítás a bázis ellenállásán eső feszültség miatt az emitter széle jobban előfeszített, mint a közepe, vagyis az áram az emitter peremén folyik lecsökken az r bb’, de az eszköz erősen melegszik áramszétterülés az elektronáram szétterül, egy része az extrinsic részen keresztül jut el a kollektorba, emiatt nő a bázis futási idő Nagyáramú effektusok

12 nagyszintű injekció (a kisebbségi töltéshordozók sűrűsége összemérhető a többségiekével) kollektor-hátratolódás (Kirk-hatás): a kollektor már nem ideális nyelő, az elektronok feltorlódnak az átmenetnél, és töltésük hozzáadódik a kiürített réteg töltéséhez. Ezt kompenzálandó, a bázis oldalán csökkeni, a kollektoroldalon nőni kell a kiür. réteg szélességének, azaz a tértöltésnek. Ez olyan, mintha a kollektor hátrébb tolódott volna, így nő a bázisvastagság, emiatt nő a futási idő, illetve csökken a transzport hatásfok, és emiatt az áramerősítés is. ambipoláris diffúzió: a bázis emitterfelőli oldalán megnő a lyukkoncentráció, hogy ellensúlyozza az elektronok töltését, emiatt nagy lesz a rekombinációs veszteség

13 A Gummel-Poon modell 1970-ben publikálták előrelépés az Ebers-Moll modellhez képest: „integral charge control relation” bevezetése, azaz a bázisba injektált töltés változását írja le Early-hatás nagyszintű injekció külső paraziták (soros ellenállások és szubsztrát-kapacitás) hőmérsékletfüggő paraméterek

14 A Gummel-Poon modell nagyjelű helyettesítőképe Az intrinsic rész: áramvezérelt áramforrás (iC’E’) két-két dióda átmenetenként B’E’ és B’C’ átmenet kapacitása Az extrinsic rész: a kontaktusok soros ellenállásai kollektor-szubsztrát kapacitás

15 A Gummel-Poon modell áramegyenletei bázisáram: kollektoráram: bázistöltés számítása: Early-hatás nagyszintű injekció

16 Az ellenállások munkapontfüggése bázis-hozzávezetési ellenállás Az emitter és a kollektor sors ellenállásának a Gummel-Poon modellben nincs munkapontfüggése, RE és RC konstans!

17 A Gummel-Poon modell AC kisjelű helyettesítőképe A C B’C’ kapacitást gyakran kettéosztják egy XCJC<1 paraméterrel. A kapacitásnak ekkora része az intrinsic bázispont (B’) és a C’, a többi része a báziskontaktus (B) és a C’ között helyezkedik el. Az XCJC értéke befolyásolja az f max frekvenciát.

18 A kapacitások modellezése A pn-átmenetek kapacitása két részből áll, a diffúziós kapacitásból (az összeg második tagja) és a tértöltés-kapacitásból (első tag): A tranzisztort ált. normál aktív üzemben használják, ezért TR konstans, csak az emitteroldali diffúziós kapacitást írták le pontosabban (if a diffúziós áram) Nyitott pn-átmenetnél a tértöltés-kapacitás hatása másként jelentkezik, ezért az emitteroldalon másként modellezik, ha VBE>FC*VJE

19 Hőmérsékletfüggés modellezése

20 Ohmos hatások: az RC és RE ellenállás konstans érték, nincs áram-, feszültség- és hőmérsékletfüggésük Normál üzem DC modellezése: az IKF nagyáramú paraméter csak a  csökkenésének a kezdőpontját írja le, a további meredekségre vonatkozó paraméter nincs (a modell -1 meredekséget használ, log-log ábrázolásban) a kimeneti karakterisztika telítési szakasza hiányos, nem fedi le a mai kisfeszültségű (VCE<0.5V) tranzisztorok működését sem a bázis-emitter, sem a bázis-kollektor dióda esetén nincsenek letörési jelenségek figyelembe véve Inverz üzem DC modellezése: a telítési áram IS paramétere a modellben ugyanaz, mint normál üzem esetén az IKF-hez hasonlóan az IKR sem írja le a  csökkenésének meredekségét a kimeneti karakterisztika telítési szakasza itt is hiányos A Gummel-Poon modell hiányai

21 AC modellezés: a TF emitter időállandó modellezése nem fizikai alapon történik, ezért gyakran pontatlan a TR inverz üzemi kollektor időállandó konstans Hőmérsékleti modellezés: a VJE, VJC, VJS paraméterek (a pn-átmenetek diffúziós potenciálja) értékének TNOM hőmérsékleten 0.4V fölött kell lennie, különben az analízis nem lesz konvergens a modell nem veszi figyelembe az eszköz melegedését Integrált áramköri tranzisztorok: a parazita pnp-tranzisztor hatását a modell mellőzi A Gummel-Poon modell hiányai

22 A VBIC (Vertical Bipolar InterCompany Model) modell 1995 US industry consortium a bázisvastagság modulációjának precízebb leírása parazita pnp-tranzisztor továbbfejlesztett Kull-modell a sebességtelítés leírására késleltetési idő leírásának javítása elosztott bázis lavinasokszorozódás fázistöbblet pontosabb leírása kapacitásmodell továbbfejlesztése az eszköz melegedésének figyelembe vétele Fejlettebb modellek

23 1986 Philips: de Graaf, Klostermann, Jansen A Philips MEXTRAM modell

24 1984 M. Schröter, TU Dresden A HICUM (HIgh CUrrent Model) modell

25 GP42 VBIC 85 MEXTRAM 62 HICUM100 Modellparaméterek


Letölteni ppt "A bipoláris tranzisztor modellezése Mikroelektronika és mikrorendszerek 2003. február 20. Készítette Katona József."

Hasonló előadás


Google Hirdetések