Modelado de transistor V_be y resistencia en masa

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Me gustaría calcular algebraicamente el comportamiento de DC de varios circuitos de transistores bipolares que utilizan pares o quads (convertidores exponenciales, espejos actuales, etc.), teniendo en cuenta la coincidencia imperfecta entre los transistores y las desviaciones del comportamiento exponencial. El objetivo de esto es ver cuándo los pares emparejados baratos (por ejemplo, DMMT3904W ) serán suficientes para una aplicación particular, y cuando se requieren piezas de precisión (por ejemplo, SSM2212 ).

Dos de los parámetros especificados para las partes anteriores son el voltaje de compensación y la resistencia general (\ $ r_ {be} \ $). En el contexto de un modelo Ebers-Moll, donde la corriente del emisor está dada por $$ I_e = I_s (e ^ {V_ {be} / V_t} - 1) $$ ¿Cómo debo modelar estos parámetros?

  • ¿Debo modelar el voltaje de compensación simplemente especificando un \ $ I_s \ $ diferente para cada transistor en el par?
  • Tal como lo entiendo, la resistencia en masa es efectivamente una resistencia en serie con el diodo base-emisor, pero la caída de voltaje en esta resistencia es igual a \ $ r_ {be} I_b \ $ o \ $ r_ {be} I_e \ $?
pregunta Chris Johnson

2 respuestas

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El voltaje de compensación se puede modelar con diferentes Is, como usted sugiere. El Rbe, generalmente, está dominado por Rbb (la resistencia de extensión de la base); en transistores de bajo ruido (beta alta) esto tendrá menos efecto, por lo que es posible que desee utilizar pares de transistores seleccionados para realizar este parámetro predecible. Entonces, es Ib * Rbb ...

En transistores destinados a corrientes de alta ish (500 mA y superiores) es No es raro ver la resistencia del emisor agregada deliberadamente (previene Puntos calientes). Y, en transistores PNP (porque N material tiene mayor movilidad) el valor Rbb podría ser más pequeño que en NPN.

Dos fabricantes pueden usar el mismo nombre, pero no siempre hacen el mismo transistor. Incluso de un fabricante confiable, un cambio de geometría o proceso puede ocurrir sin darse cuenta. Es más seguro evitar el uso de información fuera de la hoja de datos.

    
respondido por el Whit3rd
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El modelo Ebers-Moll no incluye la resistencia masiva, ya que es una variable de proceso y chip.

La resistencia en masa de \ $ V_ {be} = r_ {be} I_b \ $ no se proporciona, pero a partir de las curvas del dispositivo sabemos que está relacionada con el tamaño del chip y está clasificada por disipación de potencia diseño debido a la resistencia térmica, generalmente dado por un máximo de Ib * Vbe en DC para algunas temperaturas. como 85'C.

Otras R's a granel

Lo mismo se aplica al aumento incremental saturado de \ $ \ Delta V_ {ce} / \ Delta I_ {ce} = r_ {ce} \ $ adoptado por Diodes Inc. en sus hojas de datos y tiene ~ 100 patentes en estos dispositivos , para dispositivos Vce (sat) super-bajos saturados. Estos pueden ser tan bajos como muchos FET RDSOn bajos (10 ~ 100mOhm) pero tienden a ser mucho más altos que los interruptores BJT típicos. Pero es útil cuando necesita alta velocidad, alto voltaje y bajo Vce y baja capacitancia de unión.

Pd (clasificado) @ Tjcn vs ESR o Bulk R

A menudo he correlacionado la ESR del diodo, que es similar a la anterior para todos los diodos (incluidos los LED) y puedo estimar la resistencia en masa con precisión a partir de las limitaciones de potencia del dispositivo con un aumento de temperatura aceptable (40 ~ 60'C), donde ESR o \ $ r_ {ce} \ $ o \ $ r_ {be} \ $ se puede estimar, si uno conoce el Pd máximo para esa unión a 60 ~ 85'C (estadio de béisbol).

Después de todo, Vce (sat) es solo la diferencia entre Vcb y Vbe, dos uniones PN en saturación.

A menudo asumimos Vce (sat) alrededor de 0.2V para las corrientes nominales pero sat muy bajo. Los interruptores BJT pueden ser < < 50 mV a altas corrientes y en la mayoría de los casos, el aumento en Vbe o Vce se puede estimar usando la Ley de Ohm. También algunos dispositivos para Vce (sat) pueden ser muy superiores a 1 V, lo que siempre se debe a la resistencia en masa en el diseño .

Tenga en cuenta que Vce (sat) siempre se define para Ic / Ib = 10. es decir, corriente de base que utiliza el 10% del colector para métodos de prueba estandarizados. En mejores partes, también se puede graficar para Ic / Ib = 20 a 50. Cuando los diseñadores utilizan hFE por error para los diseños de interruptor en lugar de Ic / Ib = 20, más o menos, entonces la resistencia global parece aumentar debido a la falta de saturación de Vbe o La relación Ic / Ib es demasiado alta.

  • problema similar en MOSFET pero diferente mecanismo

(p.s.) también hay una supervisión del diseñador en relaciones RdsOn en diseños de interruptores en cascada con, por ejemplo, 2 o más etapas de FET. La relación de RdsOn para cada etapa es un factor de diseño, al igual que la resistencia global de los diseños de interruptores BJT en cascada.

  • por ejemplo no intente hacer un SMPS con un controlador CMOS de 50 ohmios en un FET con 5 miliohmios, esta proporción de 10 k conduce a problemas de RC excesivos debido a Ciss, ya que los costos están relacionados de manera inversa con RdsOn)
  • por ejemplo no intente conducir un BJT de 10A con un controlador de BJT de 100 mA, la proporción es demasiado alta.

Después de todo, intuitivamente sabes que la resistencia en masa está relacionada con el tamaño del chip y algunos otros factores. Llamo a todas estas Rs en masa, ESR y mi fórmula es ESR = k / Pd donde k suele ser de 0,5 a 1. (k menor para mejores diseños de piezas como los LED de alimentación Cree y Fairchild (TI) / Diodos Inc diodos de potencia y diodos de hockey)

Este valor de resistencia lineal masiva no se especifica en las hojas de datos, pero es el principal valor de tolerancia de ancho que es responsable de la amplia tolerancia en Vf para LED, Vce (sat) en las variaciones de BJT y Vf @ Imax en TODOS los diodos. esta tangente en la curva VI se muestra a menudo para los dispositivos nominales, pero luego las Tablas mostrarán el Vf Min-typ-Max o Min-Max a la corriente nominal.

Esta tolerancia en la resistencia a granel se debe al apilamiento de la tolerancia del proceso lote a lote, que es difícil de controlar para cada oblea. Dentro de cualquier epiwafer, las tolerancias son bastante pequeñas en relación con toda la tolerancia de producción para altos rendimientos.

No obstante, existe un coeficiente de temperatura térmica NTC debido al efecto Schockley. Por lo tanto, cualquier ingeniero de pruebas sabrá que todas las hojas de datos estandarizan estas curvas a 25'C con pulsos. Por lo tanto, obtendrá un aumento de voltaje con el aumento de la corriente debido al volumen R, pero si el disipador de calor es inadecuado, entonces obtendrá una reducción en el aumento de voltaje debido al efecto NTC Shockley (que resulta en un MTBF más bajo). Recuerda esto cuando hagas una verificación de diseño.

A pesar de las diferentes especificaciones del proveedor, para la misma parte, todos deben estar de acuerdo con los valores mínimo-máximo en las tablas para Vf vs If o Vbe @Ib Esto limita las tolerancias de JEDEC. normas para números de pieza genéricos para resistencia en masa.

Si tiene alguna experiencia específica sobre la resistencia en masa para compartir o no entiende lo que estoy compartiendo, detalle en los comentarios.

    
respondido por el Tony EE rocketscientist

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