Источник - http://www.dian.ru/sh_soft.html
Создание аналоговых PSPICE-моделей радиоэлементов
Тестирование биполярных транзисторов
Выходные вольтамперные характеристики биполярного транзистора
Построим семейство выходных воль-тамперных характеристик биполярного транзистора структуры n-p-п, включенного в схеме измерения (рис. 25) по схеме с общим эмиттером. Используя возможности директивы .DC (многовариантный расчет режима по постоянному току) языка PSPICE, подадим линейно изменяющееся в диапазоне от -1 до 9 В напряжение источника VC коллекторного напряжения транзистора для
пяти значений тока базы IB, изменяющегося в пределах 0...0,4 мА с шагом 0,08 мА.
Выходная характеристика — это зависимость тока коллектора транзистора от напряжения на коллекторе. При вариации тока базы кривая будет характерным образом изменяться, образуя семейство выходных характеристик. Расчет проведен для транзистора КТ315А (рис. 26) и идеального транзистора с параметрами по умолчанию (рис. 27). Задание на моделирование (Программа^) в текстовом виде выглядит удивительно просто. Для того чтобы произвести расчет ВАХ для идеального транзистора, в программе необходимо убрать звездоч-
30
20
10
IC (q1), (mA)
-10
KT315A
= 0,4мА
1Ь = 0,08 мА
1Ь = 0 мА
-202468 VC, (V)
Рис. 26. Выходные ВАХ транзистора КТ315А
10
60
40
20
IC (q1), (mA
-10
|
IB = 0.4 mA |
|||||
|
IB = 0.32 mA |
|||||
|
' |
IB = 0.24 mA |
||||
|
' |
|||||
|
' |
IB = 0.8 mA |
||||
|
' |
IB = 0 mA |
||||
-202468 VC, (V) Рис. 27. Выходные ВАХ идеального транзистора
ю
ку “*” перед строчкой * Q1 1 2 0 IDEAL и добавить перед строчкой ( Q1 1 2 0 КТ315А).
Характеристики насыщения модели биполярного транзистора
При построении ключевых схем важно знать характеристики режима насыщения транзистора. Построим зависимость напряжения насыщения коллектора и базы моделей биполярных транзисторов КТ315Аи КТ312А от их токов.
Для начала приведем их данные из справочника.
Напряжение насыщения коллектор-эмиттер при 1к=20 мА, 16=2 мА составляет не более 0,8 В для КТ312А и 0,4 В для КТ315А.
Напряжение насыщения база-эмиттер при 1к=20 мА, 16=2 мА составляет не более 1,1 ВдпяКТ312Аи1,1 ВдляКТ315А.
Используя схему измерения (рис. 28), зададимся отношением тока коллектора к току базы равным 10, используя для этого зависимый источник тока управляемый током F1 с коэффициентом передачи 0,1. Управляющим будет ток через источник напряжения V1 с нулевым напряжением (это требование PSPICE). Варьируя ток источника И в диапазоне от 1 до 100 мА, а, значит
F1 = 0.1 * I (V1)
I
_ф
О
UC (Q1)|
1
V1 OVdc
+ з фи
UC (Q1)
Q1 КТ315А
1...100 mA
О
О
Рис. 28. Схема измерения напряжения насыщения базы и коллектора биполярного транзистора структуры п-р-п
меняя, ток базы от 0,1 до 10 мА, просчитаем, как будет изменяться напряжение на базе UB и коллекторе UC (рис. 29). Воспользуемся для этого возможностями директив .DC. Текст задания на моделирование (Программа-5) включает в себя два задания, следующих друг за другом, для транзистора КТ315А и транзистора КТ312А. Из графиков видно, что транзистор КТ315А обладает неплохими характеристиками в режиме насыщения: при токе 20 мА напряжение на коллекторе составляет
всего 250 мВ. Таким образом, его можно использовать для управления реле или светодиодом, и при этом на нем будет рассеиваться небольшая мощность. Несколько велико напряжение на базе, но базовый ток на порядок меньше, соответственно гораздо меньшим будет его вклад в расход мощности. Выбирая транзистор с более высоким усилением, можно уменьшить базовый ток при сохранении режима насыщения. Это может существенно упростить радиолюбительскую конструкцию, если требуется, например, согласовать выход КМОП микросхемы с мощной нагрузкой.
Гораздо хуже в режиме насыщения работает модель транзистора КТ312А.
Частотные характеристики биполярного транзистора
В качестве примера способа оценки частотных свойств моделей транзисторов, построим семейство частотных характеристик транзистора КТ315А при четырех значениях тока коллектора. Схема измерения показана на рис. 30. Для этого используем совместные возможности директив .АС (расчет АЧХ) и .STEP (многовариантный анализ), составим задание на моделирование (Программа-6) и рассчитаем IB(Q1) и IC(Q1).
После выполнения моделирования сравним полученные результаты (рис. 31) сданными справочников [4, 5]. Для этого поступим следующим образом.
о
2
0
О
софт
|
80 60 |
IC (Q1) / IB (Q1) |
||||
|
1к = 5 мкА h213 = 7 |
100 м |
Гц |
|||
|
Uk = 10 V lK = 1 mkA 1Б = 21,8 мкА |
|||||
|
Cn |
|||||
|
40 |
1к = 0,07 мкА И21Э = 0,3 |
||||
|
\/ |
|||||
|
20 |
|||||
|
h213 = 0 lK = 0,01 |
14 \ 5 мкА |
||||
0,01
0,1
1,0 10 100
Frequency, (MHz)
1000
Рис. 31. График модуля коэффицента усиления по току КТ315А
Графический постпроцессор программ моделирования позволяет производить математические операции над графиками. Воспользуемся этим и построим график отношения тока коллектора IC(Q1) к току базы IB(Q1). В итоге мы получим частотную характеристику модуля коэффициента передачи транзистора по току при различных токах коллектора. Пользуясь режимом курсорных измерений, определим модуль коэффициента усиления по току на частоте 100 МГц. Для всех вариантов цифры указаны на графиках. Сверив эти цифры со справочником, увидим, что предложенная модель транзистора КТ315А, с учетом разброса, близка к реальности, по справочнику: Ki=2,5 при 1к=1 мА, Uk=10 В. Налицо также зависимость частотных свойств транзистора от тока коллектора, что тоже согласуется с теорией и со справочниками.
Олег Петраков
Продолжение следует
Программа-4
КТ315А.С1Г Выходные характеристики n-p-п транзистора KT31SA. .OPTIONS RELTOL 0.00001 ; относительная точность вычислений. probe IC(Q1) ; директива предписывающая вывести осциллограмму тока
* коллектора транзистора Q1 с помощью графического постпроцессора. VC 1 О DC 9V ; Питание коллектора.
IB 0 2 DC 0.4m ; Питание базы.
.DC VC -2v 9v O.Olv IB Om 0.4m 0.08m ; директива задает расчет зависимости
* тока коллектора, IC(Q1), при изменении напряжения на коллекторе, VC, *в диапазоне (-2...9)В с шагом 0.01В для пяти значений тока базы IB, который * меняется в диапазоне ( 0...0,4) мА с шагом 0,08 мА.
С В Е Q1 1 2 О KT31SA ; Подключение транзистора KT31SA в схему.
* Q1 1 2 0 IDEAL ; Подключение идеального транзистора в схему.
.model KT31SA NPN (Is=23.68f Xti=3 Eg=l.ll Vaf=60 Bf=108 Ne=1.206
+ Ise=23.68f Ikf=.1224 Xtb=l.S Br=4.387G Nc=1.8 Isc=900p
+ Ikr=20m Rc= S C]c=7p M]c=.333 V]c=.7 Fc=.S C]e=10p
+ M]e=.333 V]e=.7 Tr=130.Sn Tf=0.1n Itf=40m Vtf=80 Xtf=1.1 Rb=10)
.model IDEAL NPN ; Модель идеального транзистора.
.END
Программа- 5 .
QSAT.cir - Характеристики насыщения КТ315А и КТ312А.
.OPTIONS RELTOL=.0001
.DC II lm 100m lm
PROBE VC(Q1) VB(Q1)
II 0 1
Fl 0 2 V1 .1
VI 1 3
* С В Е
Ql 3 2 0 KT31SA
.model KT31SA NPN( Is=23.68f Xti=3 Eg=l.ll Vaf=60 Bf=108 Ne=1.206
+ Ise=23.68f Ikf=.1224 Xtb=l.S Br=4.387G Nc=1.8 Isc=900p Ikr=20m
+ Rc=10 Rb=30 C]c=7p M]c=.333 V]c=.7 Fc=.S C]e=10p M]e=.333 V]e=.7 Tr=130.Sn
+ Tf=ln Itf=40m Vtf=80 Xtf=1.1 TRE1=1 TRB1=1 TRM1=1 TRC1=1 )
.END
.OPTIONS RELTOL=.0001 .DC II lmSOm lm
PROBE VC(Q2) VB(Q2) II 0 1
Fl 0 2 V1 .1 VI 1 3
* С В Е
Q2 3 2 О КТ312А
.model KT312A NPN (Is=21f Xti=3 Eg=l.ll Vaf=126.2 Bf=86.76 Ne=1.328 + Ise=189f Ikf=.164 Nk=.S Xtb= l.S Br=l Nc=1.385 Isc=66.74p Ikr=1.812 + Rc=15 Rb=150 C]c=8p M]c=.29 V]c=.692 Fc=.S C]e=26.S3p M]e=.333 + V]e=.7S Tr=10n Tf=1.743n Itf=1) .END
Программа- 6.
dmamic.cir
.LIB C:\Userlib\BJT_rus.lib ; директива указывает библиотеку моделей транзисторов.
.PROBE IC(Q1) IB(Q1); вызов графического постпроцессора.
AC DEC 100 10К 1000MEG ; расчитать 100 точек АЧХ при изменении частоты от
* ЮкГц до ЮООмГц.
STEP II1 LIST Su 21.8u 9Su ; вариации тока базы заданные списком. VC 1 0 DC 10V; питание коллектора. 1_П 0 2 DC OAdc; источник постоянного тока. IB 0 2 DC lOuAdc AC lOuac SIN 0 lOu 100MEG; источник переменного тока
* синусоидальной формы: амплитуда-ЮмкА, частота 100 мГц.
* К В Е
Q1 1 2 0 KT31SA .END