Задача моделирования BE-перехода NPN-транзистора в LTSpice

Итак, я пытаюсь понять транзисторы.

Я начну с самых основ, части, в которой говорится, что NPN-транзистор выглядит как два диода, соединенных в бедре (на самом деле, на аноде).

Ниже я строю схему «плавающего коллектора», которая, согласно тому, что я прочитал, должна быть функциональным эквивалентом диода, включенного последовательно с резистором.

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Затем я пытаюсь вручную рассчитать интенсивность, проходящую через петлю, начиная с излучателя и возвращаясь обратно к источнику.

  • Напряжение на эмиттере равно 0 (заземлено)
  • Падение напряжения на кремниевом диоде 0,7В (из учебника)
  • Следовательно, напряжение на базе должно быть 0,7 В.
  • Напряжение слева от R1 составляет 10 В (источник).
  • Следовательно, падение напряжения на R1 составляет (10-0,7) = 9,3 В.
  • Следовательно (закон Ома), сила тока на резисторе R1 составляет 9,3/1000 = 9,3 миллиампер.
  • Току некуда идти, кроме как через эмиттер и обратно к источнику.
  • Следовательно (KCL): сила тока везде 9,3 мА

Чтобы убедиться, что я все правильно понял, я строю схему в LTSpice, и о чудо, черт возьми, все не так :-).

Когда я запускаю симуляцию LTSpice, мне говорят, что:

  • Iб = 9,1581 мА
  • Vб = 0,8418 В

Возвращаясь к моим рассуждениям в обратном направлении, это в основном означает, что мое предположение о том, что падение напряжения на кремниевом диоде составляет 0,7 В, неверно .

Изучая это дальше, я обнаружил, что вольт-амперная характеристика Si-диода имеет «круглое колено» около 0,7 В, и поэтому правило, которое гласит: «Si-диод всегда падает на 0,7 В при прямом смещении», на самом деле является приближением. и что характеристическая кривая на самом деле является своего рода экспоненциальной.

Хорошо.

Но теперь я хочу получить фактическое значение Vb самостоятельно, вручную, и я застрял: в приведенных выше рассуждениях я полагался на фиксированное падение напряжения на диоде, чтобы получить Vb и перейти оттуда к Ib.

Теперь, когда Vbe и Ib связаны каким-то уравнением, я не знаю, как добраться до Vb, зная, что Ve=0.

По сути, у меня есть два неизвестных (Vb, Ib) и только одно уравнение (характеристическая кривая диода) ... как мне вычислить Vb?

Я упускаю что-то явно очевидное?

Помощь приветствуется.

Второе «уравнение» — это значение резистора, которое дает вам вторую кривую VI. Решение находится там, где две кривые пересекаются.
Вам может быть полезен этот ответ: electronics.stackexchange.com/questions/82508/…

Ответы (2)

Вы можете использовать уравнение Шокли , которое является еще одной идеализацией, но лучше, чем фиксированное падение напряжения на диоде. Для его применения необходимо знать для данного диода все параметры:

я "=" я С ( е В Д / ( н В Т ) − 1 )

Я бы предложил заменить транзистор реальной моделью диода, из которого можно вытащить параметры и рассчитать вручную.

В этом ответе на вопрос я работал с формулой в отношении поведения модели диода в CircuitLab. См. «приложение» к вопросу внизу.

Хорошо, я думаю, что понял это.

@Dave Tweed: большое спасибо за ваш комментарий, и на самом деле, да! : действительно, у меня есть два уравнения.

@Kaz: да, уравнение Шокли - это то, что мне было нужно.

С точки зрения интуиции, вот чего мне не хватало: есть два «ограничения», одно слева накладывается источником напряжения, проходящим через резистор, а другое справа накладывается заземлением, проходящим через уравнение Шокли.

Эти ограничения «встречаются» или «сталкиваются» в основании транзистора, где они образуют нелинейную систему двух уравнений с двумя неизвестными, которую можно легко решить численно, когда у вас есть все части.

Это просто метод узла, но с добавлением некоторых нелинейных битов. Круто!

Хотя Mathematica, похоже, не может найти символьное решение (неудивительно, там есть головная боль типа ax+b == Exp[cx+d]), на самом деле она может легко получить численное решение:

Vs = 10;          (* Voltage at source                                          *)
R1 = 1000;        (* 1k resistor                                                *)
Is = 1/10^12;     (* Typical value, as per Wikipedia on Shockley's equation     *)
n = 3/2;          (* Typical value, something between 1 and 2, as per Widipedia *)           
VT = 2585/100000; (* Typical value = 25.85 mV at 300 Kelvin, as per Wikipedia   *)
N[
    Solve[
        {
            Element[{VN2, Intensity}, Reals],
            Vs - VN2 == R1*Intensity,
            Intensity == Is*(Exp[VN2/(n*VT)] - 1)
        },
        {Intensity, VN2}
    ]
]

{ { Интенсивность → 0,00911078 , ВН2 → 0,889216 } }

И, да, хотя я как бы бросил случайные константы в уравнение Шокли вместо значений 2N2222, численные решения, полученные Mathematica, довольно близки к тому, что моделирует LTSpice.

Хороший !

Задача моделирования BE-перехода NPN-транзистора в LTSpice
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v