E-M模型

E-M模型,是用來概括BJT的電學特性的一種模型,只有在要求較高精度時才使用。

(1)基本概念:

E-M模型(Ebers-moll model) 是用來概括BJT的電學特性的一種模型(或者等效電路)。理想BJT的E-M模型,是一種非線性直流模型(記為EM1模型),對直流分析很有用處。如果再計入非線性電荷存儲效應和串聯電阻,則記為EM2模型,該模型在積體電路分析設計等許多場合經常使用(因為模擬精度高、建模簡易、快速、結果易理解等)。進一步,若再計入BJT的各種二級效應(如基區寬度調製效應基區展寬效應、溫度的影響等),則得到EM3模型。EM3模型與所謂G-P模型(Gummel-Poon model)是等價的,模擬精度很高,但較為複雜,故這種模型只有在要求較高精度時才使用。

(2)E-M模型描述:

對於理想BJT(本徵電晶體)的EM1模型,實際上是基於正向和反向工作的兩個BJT的疊加、並分別用兩個p-n結二極體來代表發射結和集電結這樣一種概念而建立起來的,即是採用兩個二極體(正偏二極體的電流為If,反偏二極體的電流為Ir)和兩個電流源(αfIf和αrIr)來表示一個理想的BJT(αf和αr分別是正向和反向電流增益),這就可給出基本E-M模型的直流大信號等效電路。
E-M方程是根據器件的基本物理特性而建立起來的,其中含有四個模型參量,但實際上只有三個是獨立的參量,並且這些參量都可以與器件的材料、工藝和結構參數聯繫起來。然而,E-M方程也可以看成是經驗的關係式,其中的參量可以通過與實驗數據相比較來求得。E-M方程適用於BJT的各種工作狀態。
對於實際的BJT,在本徵電晶體模型的基礎上,還需要考慮其他一些因素的影響。實際BJT的直流大信號E-M模型需要加上與各個電極相應的串聯電阻。而實際BJT的交流大信號E-M模型還進一步增添了兩個結的耗盡層電容(CE,CC)和表征Early效應的電流源(電流等於VECIC/VA)。

(3)E-M模型的優點:

E-M模型具有以下一些優點:
①模型參數能較好地反映電晶體的物理本質;
②能把器件的電學特性與工藝參數聯繫起來;
③模型中的參數容易測量;
④該模型屬於直流大信號模型,它不僅可用於BJT,而且也可用於p-n-p-n等結構較為複雜的器件;
⑤該模型雖然屬於直流大信號模型,但若在電路分析程式(SPICE或PSPICE)中,再加入各種電容之後,即不僅可用於直流分析,而且也可用於瞬態分析。

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