Ранний эффект, Эберс-Молл, общее сопротивление эмиттера, обратное альфа/бета и ток насыщения

Я читал книгу Sedra/Smith «Микроэлектронные схемы», и в ней много информации, которая мне нравится, однако я не знаю, насколько она на самом деле практична и полезна, например, в ней говорится об уравнениях и моделях Эберса-Молла, которые я знания полезны для понимания того, как работают транзисторы и как выводятся практические уравнения, но затем в нем рассказывается о таких вещах, как раннее напряжение и динамическое сопротивление с использованием ранних уравнений, обратные альфа- и бета-коэффициенты, ток насыщения и т. д. ... и пока я решаю Упражнения по тренировке Интересно, не трачу ли я на это время.

Кажется, я не могу найти ничего в таблице данных транзистора, которая отдаленно указывает на такие вещи, как параметр раннего напряжения, или ток насыщения, или обратную альфа и подобные параметры.

Я также читал книгу Бойлестада/Нашелского, которая сама по себе великолепна и более практична, но в ней даже не упоминается половина вещей, присутствующих в книге Седры/Смита, поэтому я хотел углубиться в нее в надежде, что она поможет мне лучше. основы электроники, вот почему я читаю книгу Седры/Смита, но даже если я понимаю большую часть содержания последней, я не вижу практического применения большей ее части...

Итак, мой вопрос: насколько полезно знать и изучать все эти сложные вещи? улучшит ли это мои знания о дизайне, зная такие вещи, как то, как легирование полупроводника в сочетании с коэффициентом диффузии электронов и дырок и шириной основания взаимодействует с током насыщения в экспоненциальной модели?

Действительно ли люди используют длинные уравнения Эберса-Молла или раннее напряжение в реальных схемах?

Или большинство людей просто используют упрощенные и практичные уравнения, а все остальное оставляют физикам?

Ответы (4)

ИМХО, очень полезно знать все эти вещи, даже если вы не используете их изо дня в день, поскольку они касаются основ того, что заставляет все остальное, что вы используете, работать с IC.
Будет ли это «практическое использование», зависит от вашей области, особенно в настоящее время существует гораздо меньше дискретных конструкций, но если вы разрабатываете, например, высококачественный аудиоусилитель (я лично работаю над большим количеством всех дискретных аналоговых аудиоустройств, а также uCs FPGA и т. д., но я думаю, что это, вероятно, не так распространено) или проектирование аналоговых ИС, прецизионного испытательного оборудования и т. д., тогда важно знать, как работать с вышеперечисленным. Как правило, вы бы не садились и не использовали все уравнения, которые вы упомянули для дизайна, больше осознавали бы их влияние и знали, как компенсировать (или даже использовать их)

Знание основ дает вам основу, необходимую для принятия уверенных дизайнерских решений, отслеживания проблем и понимания того, почему на практике часто все выглядит совсем не так, как в SPICE.

Спасибо, Оли, ваш ответ, похоже, был направлен прямо на меня, поскольку вся моя цель - аудиодизайн. Приятно знать, что это стоит знать, не могли бы вы объяснить, почему вся эта теория важна, когда дело доходит до звука?
Если вашей целью является (дискретный) дизайн аудиосистемы, то вам обязательно следует прочитать книги Дугласа Селфа («Руководство по проектированию усилителей мощности звука» и «Проектирование аудиосистем малых сигналов»). удобно знать, что все меньшие факторы складываются в конечный результат. Легко превратить хорошую схему усилителя в плохую, упустив где-то небольшую проблему. Для реального примера раннего эффекта и борьбы с ним взгляните на Текущее зеркало Уилсона.
Отлично, на самом деле у меня есть Small Signal Audio Design, хотя я его не читал, я надеялся охватить все основы, прежде чем переходить к книгам по аудио. Я рассмотрю текущее зеркало Уилсона, но краткий обзор говорит мне, что он очень похож на дифференциальный вход с использованием транзисторов.
Честно говоря, это, вероятно, книга, которую стоит приберечь чуть позже, поскольку она предполагает определенные знания. Мой совет — постарайтесь максимально параллельно заниматься практикой и теорией (иначе теория может показаться скучной и бессмысленной), например, просто соберите простой усилитель и протестируйте его, прикиньте, как его можно улучшить и т. д. Вы Вы можете провести много времени только с 1- или 2-транзисторными усилителями, если хотите по-настоящему с ними познакомиться. Просто погрузитесь и немного поэкспериментируйте, получайте удовольствие, делая множество ошибок по пути, и достаточно скоро вы будете создавать крутые вещи.

Все время -> вам необходимо учитывать эти факторы, чтобы обеспечить низкий уровень искажений, падение усиления, рабочий режим и т. д. Разница, которую вы замечаете, заключается в том, что просто самые передовые конструкции не могут быть выполнены с использованием дискретных, а дискретных транзисторов достаточно проблемы несоответствия, так как вам не нужно беспокоиться о раннем напряжении и т. д. В настоящее время вы не собираетесь разрабатывать усилитель с 20 транзисторами с использованием дискретных элементов. Гораздо проще, быстрее и лучше просто взять чужую разработку в виде операционного усилителя. И 20 будет небольшим усилителем на счет транзисторов.

Таблицы данных транзисторов и модели SPICE для процессов IC в основном завершены. И включите целый список параметров, выходящих далеко за рамки того, что вы упомянули, включая температурные коэффициенты, изменение процесса и т. д.

Sedra and Smith известна как хорошая книга для начала проектирования ИС. Если вы хотите заняться этой областью, вам следует сосредоточиться на системах MOS. Моя любимая книга для этого — «Эксплуатация и моделирование МОП-транзистора» Янниса Цивидиса.

Если вы используете транзисторы в качестве дискретных, вам могут не понадобиться Седра и Смит, но вы можете, и это не повредит.

Изучение BJT и топологий для определенных операций действительно сопоставляется с системами MOS. Так что это не пустая трата времени, поскольку концепции пересекаются. т.е. дифференциальная пара является дифференциальной парой независимо от основного процесса. Конечно, будут разные проблемы (относящиеся к раннему напряжению, согласованию и т. д.), но отправная точка может быть одной и той же, даже если в конце концов вы получите разные конструкции в разных процессах.

На самом деле моя главная цель — использовать транзисторы в качестве незаметных элементов в звуковом дизайне, а также, конечно же, операционные усилители в аудио. Я думал о Sedra/Smith как о хорошем фундаменте для изучения электронных устройств, но если у вас есть другие хорошие рекомендации, я был бы рад их услышать!

Этот ответ НЕ предназначен для того, чтобы противоречить двум хорошим ответам до сих пор (на что вы обязательно должны обратить внимание), а чтобы добавить к ним перспективу. Этот ответ относится к использованию дискретных элементов в аналоговом дизайне в «повседневных» приложениях — если вы занимаетесь проектированием ASIC или усилителей Oli для настоящих поклонников звука, вы можете игнорировать то, что я говорю.

Вы можете сделать очень много полезных вещей с аналоговыми дискретными дискретами с гораздо менее полной рабочей моделью, чем вы видите. Очень простые «правила» позволят вам создавать схемы реального мира, скажем, в 95% случаев, с которыми вы можете столкнуться, без явной ссылки, возможно, на какие-либо идеи «громких имен», которые вы упомянули. И это до того, как вы добавите хорошую SPICE-модель, которая имеет дело с большей частью невидимых деталей.

Если вы используете микросхемы для частей, которые оправдывают их использование, и дискретные элементы «по краям» или для небольших конструкций, вам почти никогда (если вообще когда-либо) придется входить в таинственную тьму. Что действительно происходит, так это то, что вещи могут работать не так хорошо, как хотелось бы, или совсем не так, как хотелось бы, в ограниченных случаях - вы можете научиться справляться с этим на собственном опыте, или обращаясь к текстам, или давно выученным, и так как архивные знания по мере необходимости.

Я счастливо чувствую себя как дома в мире аналогового дизайна. Основные фундаментальные концепции работы полупроводников были частью моего обучения в бакалавриате (это было очень давно :-)). . И я могу углубиться в такие тайны, которые требуются в более крайних случаях или когда вещи ведут себя не так, как, по моему мнению, должны. Но чрезвычайно близко к 100% времени я могу счастливо работать на уровне, который дал здравый смысл и многолетний опыт. Поскольку начинать с «долгим опытом» невероятно сложно, вам нужно следить за тем, где находится край мира, пока вы не наберете его. Но со временем «грань» исчезает в более темных углах, и вы можете очень хорошо работать с более упрощенными моделями.

Аналоговый дизайн — моя основная область интересов, приятно осознавать, что все эти вещи для чего-то полезны.

Если вы еще не видели книгу Горовица и Хилла «Искусство электроники», посмотрите ее. В нем так же много практических деталей, но он описывает (на довольно базовом уровне) такие вещи, как эффект Раннего, и то, как он влияет на практические схемы. Это может быть просто вещь, чтобы установить связь между теорией и практикой.

Да, у меня есть «Искусство электроники», и хотя я думаю, что это отличная книга, и я многому научился из нее, она кажется противоположностью книге Седры/Смита, в ней очень мало объяснений того, как и почему работают их схемы. иногда это похоже на то, что это сработает, и все это полезно знать, но иногда мне нужно знать больше о том, почему вещи делают то, что они делают. Вы правы, что это может быть связь между теорией и практикой.