Модель Эберса-Молла биполярного транзистора

Передаточная модель Эберса-Молла

Модель базируется на эквивалентной схеме. Расчетные формулы, объединим в систему

 

причем u_ЭП= - u_ЭБ , u_КП = - u_КБ.

Токи во внешних цепях транзистора рассчитываются по формулам:

В простейшем случае в модели используются три параметра:

I₀ -тепловой ток транзистора;

b - прямой коэффициент передачи тока базы;

b _I - обратный коэффициент передачи тока базы.

Передаточная модель Эберса - Молла может уточняться (влияние объемных сопротивлений, генерационно-рекомбинационных токов переходов, эффект Эрли и т. д.) и поэтому именно она используется в компьютерных программах.

Классическая модель Эберса - Молла

Классическая модель Эберса - Молла базируется на эквивалентной схеме, изображенной на рис. 3.15. От передаточной модели классическая отличается тем, что составляющие токов транзистора сгруппированы иначе. Переходы транзистора представлены изолированными диодами, токи которых i ₁ и i ₂ определяются напряжениями u _эп и u _кп соответственно:

Тепловые токи I_ЭБК и I_КБК имеют следующий смысл:

I_ЭБК - это тепловой ток эмиттера в схеме с общей базой при u_КП = 0 ( замыкании выводов коллектора и базы).I_КБК - тепловой ток коллектора в схеме с ОБ при u_ЭП=0.

Формально тепловые токи соответствуют токам переходов при обратных напряжениях, много больших u _т. Однако реально измеряемые обратные токи переходов транзистора окажутся гораздо больше за счет токов генерации в переходах и токов утечки. (Аналогичная ситуация рассматривалась при анализе p-n-перехода). Поэтому определить значения тепловых токов транзистора можно только по результатам измерений при прямых напряжениях на переходах. Взаимодействие переходов отражено путем введения в эквивалентную схему генераторов тока a i₁ и a_Ii₂ .

Соответственно токи в цепях каждого электрода можно рассчитать по формулам: . (3.23)

Классическая модель менее удобна для расчетов, чем передаточная, но широко используется для объяснения работы транзистора.

Модель Эберса-Молла основана на суперпозиции нормального и инверсного БТ, работающих в активном режиме. Такой подход к моделированию обусловлен тем, что при управлении "большим сигналом" БТ работает в двух режимах:

активном - нормальном режиме работы БТ, при котором рабочий ток обусловлен инжекцией носителей заряда из эмиттера (emitter) в базу (base);

насыщения - режим: работы БТ, при котором рабочий ток обусловлен инжекцией из коллектора (collector) в базу. В этом режиме р-п -переходы меняются ролями и в связи с этим изменяется направление протекания выходного тока на противоположное - инверсное.

Модель Эберса-Молла связывает токи на выводах БТ с напряжениями на р-п - переходах, поэтому она удобна для схемотехнического анализа.

Однако модель Эберса-Молла не учитывает некоторые эффекты, сопровождающие работу БТ в широком диапазоне изменения рабочих токов и напряжений.

 

22. «Положительная» и «отрицательная» логика. Привести примеры

В реальных системах, как правило, используется напряжение 0 и 5 вольт, хотя для внутренних вентилей таких сложных устройств, как микропроцессоры, эти уровни могут быть существенно ниже. Имея два напряжения, скажем, эти же 0 и 5 вольт, необходимо решить, какое из них приписать каждому логическому значению. Обычно для представления логической 1 выбирается более высокое напряжение, а для представления логического нуля – более низкое (т.е 5 В = 1 и 0В=0). Такая логика получила название положительной. Можно использовать и наоборот, когда высокое напряжение соответствует логическому 0, а низкое 1. Такая логика называется отрицательной.Возможно и одновременное использование в одной системе обеих логик (при этом по-прежнему должны использоваться только два напряжения). Использование двух представлений в одной логической схеме получило название смешанной логики.

Самым важным следствием применения отрицательной логики является то, что при переходе от положительной логики к отрицательной функция И превращается в ИЛИ, и наоборот.

 

 

К сожалению, иногда соглашение положительной логики вступает в конфликт с требованиями электротехники. Так, потребление по питанию ТТЛ-элементов, обслуживающих числовую магистраль, часто меньше при высоком уровне сигнала в магистрали и больше при низком. Поэтому если магистраль значительную часть времени находится в режиме ожидания, то именно неактивный, не утверждающий, логически нулевой сигнал рационально отождествить с высоким уровнем напряжения в магистрали, т. е. принять соглашение отрицательной логики. Обычно так и поступают.

Еще пример. Одновременное включение по сигналу разрешения или синхронизации большого числа транзисторов ТТЛ-микросхемы средней или большой интеграции порождает в общем выводе микросхемы мощный скачок тока с крутым фронтом, который при положительном напряжении питания вызывает импульсный подъем потенциала подложки кристалла по отношению к потенциалу общего провода печатной платы амплитудой до 0,1—0,2 В. Если этот процесс вызывается высоким уровнем управляющего сигнала, то подъем потенциала подложки приводит к уменьшению фактической амплитуды разрешающего сигнала на входах элементов микросхемы, что может вызвать сбой в работе. Если же разрешающий уровень низкий, то при подъеме потенциала подложки амплитуда сигнала, фактически действующая на элементы микросхемы, даже увеличивается. Поэтому в микросхемах средней и большой интеграции входы разрешения, синхронизации и т. п., несмотря на то что по ним поступают сигналы утверждающего, единичного смысла, часто управляются не высоким, а низким уровнем, т. е. работают по соглашению отрицательной логики.