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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划双极型晶体管模型参数提取实验报告双极型晶体管模型参数提取在对含双极型晶体管的电路进行模拟时，必须提供具有足够精度而又简便的器件模型。模型选定以后，其模型参数的真实性和数值精度就成了模拟正确与否的决定因素。由于SPICE已成为国内外流行的通用电路分析程序，因此，对于一个具体版图和工艺设计，如何提取程序要求的BJT模型参数，成为设计人员一项有待掌握的基本技能。本实验属于综合性较强的实验，其目的和要求是：1.掌握BJT模型，模型参数及其提取方法；2.熟悉用实验方法测取BJT模型参数；3.学
2、习优化程序提取BJT模型参数的方法。一实验原理1两类BJT模型参数提取方法对于BJT模型，SPICE2将简单的EM模型和考虑了各种二级效应的GP模型统一为一个模型，当程序中给定了GP模型的全部参数，就是GP模型，否则自动简化为EM模型。表1汇总了GP模型全部参数。其中包括了确定直流特性，反映基区宽度调制和?随Ic变化等效应的参数18个，确定交流特性，模拟结电容，扩散电容及它们随Vbe，Vbc，Ic变化等效应的参数17个，确定温度对BJT特性影响的参数3个和描述噪声特性的参数2个，总共40个参数。其他电路模拟程序使用了不同的形式和复杂的E-M模型.精度较高的E-M3模型采用24个参数.除了少数模
3、型参数可以直接引用文献提供的数值以外,获取模型参数有两种方法:一种是分别提取;另一种是整数提取,又称优化提取方法。分别提取法是安参数定义，设置测试提取方法，分别测量若干于模型参数有关的电学特性，再由相应的模型公式提取这些参数。这种方法尽量用试验测量来获取参数，计算简单，参数由物理意义，但测试工作量大，所需设备多，准确度低，所得参数往往不能参数见得相互影响，只适用于所对应的测试条件，因而在实际工作条件应用时，会带来较大误差，而且有些参数不易这种方法求得。整体提取方法以全局优化为目标，测试进可能少的器件外部电学特性，通过数学处理完成模型参数的整体提取。这种方法测量小但计算量大，一般要编制专用的计算
4、程序。所提取的参数全局的误差小，但物理意义缺陷，而且会出现多组解和非物理解而得不到有用的数据。两种提取方法都有其局限性，再加上模型本身尚有不完善之处，使得问题更为复杂，因此，对两类方法所提取的参数仍有进一步核实的必要。2BJT模型参数的分别提取分别提取法要设计不同的测量结构，测出电学特性曲线，根据模型公式用图解法或直接计算求出相应模型参数。采用线性回归法求直线的斜率和距离，采用最优化的曲线算法处理曲线，可以提高提取精度。下面是模型参数的含义及其提取方法。模型表达式以npn管为例BJT的GP瞬态模型如图1所示。若去掉其中电阻元件，即为直流模型。图中Css?Iec图1BJT的GP瞬态模型方便起见，
5、预先给出如下各方程中所涉及到的模型参数方便起见，预先给出如下各方程中所涉及到的模型参数Vt:热电压koT?qVt第0组参数：Qb第1组参数：?f，?r第2组参数：nf，第3组参数：ne，nc，nbIcQbexp(VbcVbcVbcVbeIs)exp()exp()1Iscexp()1?Vt?Vtnc?Vtnf?Vt?r式中第一项为BE结和BC结注入间的相互作用电流部分：第二项为BC结反向注入所产生的复合电流部分；第三项是BC结空间电荷区的复合电流成分。IbVbcVbeVbcIsVbeIsexp()-1+exp()-1Iseexp()-1+Iscexp()-1(2)?Vtne?Vtnc?Vt?fn
6、f?Vt?r公式前二项是基区复合电流部分；后两项是两个结的空间电荷区复合电流部分。与Ic类似，电流Ie为双极型晶体管特性的测量与分析课程实验报告实验一、双极型晶体管特性参数测量一、实验设备半导体管特性图示仪(XJ4810A型)，BJT晶体管，二极管二、实验目的1、熟悉BJT晶体管特性参数测试原理；2、掌握使用半导体管特性图示仪测量BJT晶体管特性参数的方法；3、学会利用手册的特性参数计算BJT晶体管的混合型EM1模型参数的方法。三、实验仪器介绍：XJ4810型/XJ4810A型半导体管特性图示仪采用示波管显示半导体器件的各种特性曲线，并测量其静态参数。本仪器具有二簇曲线显示，双向集电极扫描电路
7、，可以对被测半导体器件的特司长进行对比分析，(来自:写论文网:双极型晶体管模型参数提取实验报告)便于对管或配件配对。本仪器IR测量达200nA/div，配备扩展装置后，VC可达3KV；可测试CMOS及TTL门电路传输特性；可对场效应管进行配对或对管测试；可测试三端稳压管特性。图1为XJ4810A型晶体管测试仪图片四、BJT晶体管特性参数测试原理晶体管的输出特性曲线如图1所示，这是一组曲线族，对于其中任一条曲线，相当于Ib=常数。曲线显示出集电极与发射极之间的电压Vcc增加时，集电极电流Ic的变化。因此，为了显示一条特性曲线，可以采用如图2所示的方法，既固定基极电流Ib为：Ib=/Rb在集电极到
8、发射极的回路中，接入一个锯齿波电压发生器Ec和一个小的电阻Rc，晶体管发射极接地。由于电阻R很小，锯齿波电压实际上可以看成是加在晶体管的集电极和发射极之间。晶体管的集电极电流从电阻Rc上流过，电阻Rc上的电压降就正比于Ic。如果把晶体管的c、e两点接到示波管的x偏转板上，把电阻Rc两端接到示波管的y偏转板上，示波器便显示出晶体管的Ic随Vcc变化的曲线。用这种方法只能显示出一条特性曲线，因为此时晶体管的基极电流Ib是固定不变的。如果要测量整个特性曲线族，则要求基极电流Ib改变。基极电流Ib的改变采用阶梯变化，每一个阶梯维持的时间正好等于作用在集电极的锯齿波电压的周期，如图3所示。阶梯电压每跳一
9、级，电流Ib便增加一级。晶体管特性图示仪便是按照上述原理设计的，它包括阶梯电压发生器、锯齿波电压发生器、x轴放大器、y轴放大器、示波管系统等组成，其单元作用如图4所示。作用在垂直偏转板上的除Ic外，还可以是基极电压、基极电流、外接或校正电压。由于x轴和y轴作用选择的不同，在示波器荧光屏上显示出的特性就完全不同。例如：若x轴作用为集电极电压，y轴作用选择集电极电流，得到晶体管的输出特性曲线；若x轴作用为基极电流，y轴作用选择集电极电流，得到晶体管的电流增益特性；若y轴作用为基极电流，x轴作用是基极电流，得到晶体管的输入特性曲线。五、BJT晶体管特性参数测试过程为了不使被测晶体管和仪器损坏，在测试
10、前必须充分了解仪器的使用方法和晶体管的规格，测试中，在调整仪器的各个选择开关和转换量时，必须注意使加于被测晶体管的电压、电流从低量程漫漫提高，直到满足测量要求。以XJ4810A型晶体管特性曲线图示仪为例，仪器操作程序如下：1、开启电源，预热5分钟。2、调整示波器：拉电源开。调整辉度到适中的亮度；调整聚焦和辅助聚焦，使线迹清晰。调整x、y移位，使光点停留在适于观察的位置。3、基极控制面板调节首先根据被测晶体管的类型及接地方式选取阶梯极性npnpnp发射极接地+基极接地然后进行阶梯调零：先将y轴作用置于“基极电流或基极电源电压”，阶梯选择置于/级，阶梯作用为“重复”，x轴作用置于集电极电压。调峰值
11、电压为10V，这时荧光屏上出现阶梯信号。将y轴放大器校正置于“零点”位置，调y轴移位，使基线位于零线上；再将校正复位，使阶梯信号零位至y轴零线上。这样，零电位即被准确校正。此外，将串联电阻、阶梯选择调到预先需要的范围，阶梯作用根据需要选择重复、单族或关。4、集电极控制面板调节将集电极扫描全部旋钮都调到预先需要的范围。5、显示面板Y轴调节y轴作用，将“毫安伏/度”开关与“倍频”开关调到读测需要的范围。6、显示面板X轴调节x轴作用，将“V/度”开关调到读测需要的范围。7、测试台，将接地开关按需要选择，然后插上晶体管，然后调节峰值电压等，此时即有曲线显示。再经过y轴、x轴、阶梯三部分的适当修正，即可进行有关测量。8、测试完毕后关闭电源前，将集电极扫描的峰值电压范围调至020V、峰值电压至0、功耗电阻至1K左右，y轴作用“mA/度”、x轴作用“V/度”、基极阶梯信号“mA/级”、阶梯作用“关”，示波器的辉度减暗后，关闭整机电源。六、测量结果图目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。
