CОЗДАНИЕ АНАЛОГОВЫХ PSPISE - МОДЕЛЕЙ РАДИОЭЛЕМЕНТОВ
Тестирование биполярных транзисторов
Выходные вольтамперные характеристики биполярного транзистора
Построим семейство выходных вольтамперных характеристик биполярного транзистора структуры п - р - п, включенного в схеме измерения (рис. 25) по схеме с общим эмиттером. Используя возможности директивы. DC (многова риантный расчет режима по постоянному току) языка PSPICE, подадим линейно изменяющееся в диапазоне от -1 до 9 В напряжение источника VC коллек торного напряжения транзистора для пяти значений тока базы IB, изменяющегося в пределах 0.. Д 4 мА с шагом 0,08 мА.
Выходная характеристика - это зависимость тока коллектора транзистора от напряжения на коллекторе. При вариации тока базы кривая будет характер ным образом изменяться, образуя семейство выходных характеристик. Расчет проведен для транзистора КТ 315 А (рис. 26) и идеального транзистора с па раметрами по умолчанию (рис. 27). Задание на моделирование (Программа - 4) в текстовом виде выглядитудивительно просто. Для того чтобы произвести расчет ВАХ для идеального транзистора, в программе необходимо убрать звездочку "*" перед строчкой * Q 1 1 2 0 IDEAL и добавить перед строчкой (Q 1 1 2 0 КТ 315 А).
Характеристики насыщения модели биполярного транзистора
При построении ключевых схем важно знать характеристики режима насыщения транзистора. Построим зависимость напряжения насыщения коллектора и базы моделей биполяр ных транзисторов КТ 315 А и КТ 312 А от их токов.
Для начала приведем их данные из справочника.
Напряжение насыщения коллектор - эмиттер при 1 к =20 мА, 16=2 мА составляет не более 0,8 В для КТ 312 А и 0,4 В для КТ 315 А.
Напряжение насыщения база - эмиттер при 1 к =20 мА, 16=2 мА составляет не бо лее 1,1 ВдляКТ 312 Аи 1,1 ВдляКТ 315 А.
Используя схему измерения (рис. 28), зададимся отношением тока коллектора к току базы равным 10, используя для этого зависимый источник тока уп равляемый током F 1 с коэффициентом передачи 0,1. Управляющим будет ток через источник напряжения V 1 с нулевым напряжением (это требование PSPICE). Варьируя ток источника И в диапазоне от 1 до 100 мА, а, значит 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 воз можностями директив. DC. Текст задания на моделирование (Программа -5) включает в себя два задания, следующих друг за другом, для транзистора КТ 315 А и транзистора КТ 312 А. Из графиков видно, что транзистор КТ 315 А 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 КТ 312 А.
Частотные характеристики биполярного транзистора
В качестве примера способа оценки частотных свойств моделей транзисто ров, построим семейство частотных характеристик транзистора КТ 315 Апри 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 (Q 1) и IC (Q 1).
После выполнения моделирования сравним полученные результаты (рис. 31) сданными справочников [4, 5]. Для этого поступим следующим образом.
Графический постпроцессор программ моделирования позволяет производить математические операции над графиками. Воспользуемся этим и построим график отношения тока коллектора IC (Q 1) к току базы IB (Q 1). В итоге мы получим частотную характеристику модуля коэф фициента передачи транзистора потоку при различных токах коллектора. Пользуясь режимом курсорных измерений, оп ределим 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 КТ 315 А, с учетом разброса, близ ка к реальности, по справочнику: Ki =2,5 при 1 к =1 мА, Uk =10 В. Налицо также за висимость частотных свойств транзистора от тока коллектора, что тоже согласуется с теорией и со справочниками.
Программа - 4
KT 315 A. cir Выходные характеристики n - p -п транзистора КТ315А.
. OPTIONS RELTOL 0.00001; относительная точность вычислений.
. probe IC (Q 1); директива предписывающая вывести осциллограмму тока
* коллектора транзистора Q 1 с помощью графического постпроцессора.
VC 1 0 DC 9 V; Питание коллектора.
IB 0 2 DC 0.4 m; Питание базы.
. DC VC -2 v 9 v O. Olv IB 0 m 0.4 m 0.08 m; директива задает расчет зависимости
* тока коллектора, IC (Q 1), 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
Q 1 1 2 0 КТ315А; Подключение транзистора КТ315А в схему.
* Q 1 1 2 0 IDEAL; Подключение идеального транзистора в схему.
.model KT315A NPN (Is = 23.68f Xti = 3 Eg=l.ll Vaf=60 Bf=108 Ne=1.206
+ Ise = 23.68fIkf=.1224Xtb=1.5Br = 4.387GNc=1.8Isc = 900p
+ Ikr = 20m Rc = 5 Cjc = 7p Mjc =.333 Vjc =.7 Fc =.5 Cje=10p
+ Mje =.333 Vje =.7Tr=130.5nTf=0.1nItf=40mVtf=80 Xtf=l.l 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 02 VI.1
VI 1 3
* С В Е
Ql 3 2 0 KT315A
.model KT315ANPN(Is = 23.68fXti = 3 Eg=l.ll Vaf=60 Bf=108 Ne=1.206
+ Ise = 23.68f Ikf=.1224 Xtb=1.5 Br = 4.387G Nc=1.8 Isc = 900p Ikr = 20m
+ Rc=10 Rb = 30 Cjc = 7p Mjc =.333 Vjc=.7 Fc=.5 Cje=10p Mje=.333 Vje =.7 Tr=130.5n
+ Tf=ln Itf=40m Vtf=80 Xtf=l.l TRE1=1 TRB1=1 TRM1 = 1 TRC1=1)
.END
.OPTIONS RELTOL=.0001
.DC II lm50m lm
.PROBE VC(Q2) VB(Q2)
II 0 1
Fl 02 VI.1
VI 1 3
* С В Е
Q 2 3 2 0 KT 312 A
. model KT 312 A NPN (Is = 21 f Xti = 3 Eg = l. ll Vaf =126.2 Bf =86.76 Ne =1.328 + Ise =189 f Ikf =.164 Nk =.5 Xtb =1.5 Br = l Nc =1.385 Isc = 66.74 p Ikr =1.812 + Rc =15 Rb =150 Cjc = 8 pMjc =.29 Vjc =.692 Fc =.5 Cje = 26.53 p Mje =.333 + Vje =.75 Tr =10 n Tf =1.743 nltf = l). END
Программа - 6.
dmamic. cir
. LIB C:\ Userlib \ BJT _ rus. lib; директива указывает библиотеку моделей транзисторов.
. PROBE IC (Q 1) IB (Q 1); вызов графического постпроцессора.
. AC DEC 100 10К 1000 MEG; расчитать 100 точек АЧХ при изменении частоты от
* ЮкГц до ЮООмГц.
. STEP I 11 LIST 5 u 21.8 u 95 u; вариации тока базы заданные списком.
VC 1 0 DC 10 V; питание коллектора.
1_П 0 2 DC OAdc; источник постоянного тока.
IB 0 2 DC lOuAdc AC lOuac SIN 0 lOu 100 MEG; источник переменного тока
* синусоидальной формы: амплитуда-ЮмкА, частота 100 мГц.
* К В Е
Q1 1 2 0 КТ315А.END