Fork me on GitHub

NGSPICE.js - биполярный транзистор

Продолжаем осваивать NGSPICE.

Также как и диод биполярный транзистор (Bipolar Junction Transistor - BJT) основан на физических свойствах p-n перехода. Прибор состоит из трёх полупроводниковых слоёв с чередующимся типом примесной проводимости: эмиттера - базы - коллектора. В зависимости от порядка чередования слоёв различают n-p-n (эмиттер n-полупроводник, база p-полупроводник, коллектор n-полупроводник) и p-n-p транзисторы. Поскольку биполярный транзистор состоит из двух p-n-переходов отсюда название «биполярный». Применяется транзистор в электронных устройствах для усиления или генерации электрических колебаний.

В следующих схемах для симуляции использовалась SPICE модель популярного n-p-n транзистора 2N2222:

~$ wget -nc http://www.centralsemi.com/docs/csm/2N2222.LIB

схема коэффициент передачи тока эмиттера | netlist | ngspice.js

Как вытекает из первого закона Кирхгофа Iэ=Iб + Iк, где Iэ Iб Iк токи эмиттера базы и коллектора транзистора. Коэффициент α, связывающий ток эмиттера и ток коллектора (Iк = α * Iэ), называется коэффициентом передачи тока эмиттера. Численное значение коэффициента α = 0,9...0,999. Чем больше коэффициент, тем эффективней транзистор передаёт ток. Этот коэффициент мало зависит от напряжения коллектор-база и база-эмиттер. Поэтому в широком диапазоне рабочих напряжений ток коллектора пропорционален току базы, коэффициент пропорциональности равен β = α/(1 − α) = Iк/Iб = Iк/(Iэ - Iк), обычно от 10 до 1000.

screenshot

ngspice 1 -> source alpha.net
ngspice 2 -> set temp=0
ngspice 3 -> dc v1 0 2 2m
ngspice 4 -> set temp=25
ngspice 5 -> dc v1 0 2 2m
ngspice 6 -> set temp=50
ngspice 7 -> dc v1 0 2 2m
ngspice 8 -> plot (-dc1.i(v1)) (-dc2.i(v1)) (-dc3.i(v1)) ylimit 0 2m

На картинке 0...0.2В - напряжение насыщения коллектор-эмиттер, после которого участок 0.2В...MAX является активным режимом работы транзистора. Коэффициент передачи по току почти не зависит от напряжения коллектор-эмиттер.

screenshot

Коэффициент передачи зависит от конкретной модели транзистора, температуры и частоты усиливаемого сигнала. Последний параметр называют предельной частотой коэффициента передачи тока базы.

ngspice 1 -> source alpha.net
ngspice 2 -> alter v1 10
ngspice 3 -> set temp=0
ngspice 4 -> dc i1 0 2m 2u
ngspice 5 -> set temp=25
ngspice 6 -> dc i1 0 2m 2u
ngspice 7 -> set temp=50
ngspice 8 -> dc i1 0 2m 2u
ngspice 9 -> plot (-dc1.i(v1)) (-dc2.i(v1)) (-dc3.i(v1))

В идеальном мире коэффициент передачи тока должен был бы быть константой, однако на картинке видно отклонение от прямой линии. На практике, если транзистор используется для усиления сигнала, это приводит к т.н. нелинейным искажениям.

screenshot

Далее полевые транзисторы.

links

social