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Text File  |  1989-01-23  |  8.9 KB  |  225 lines
  1.                  Modeling the Bipolar transistor
  2.                         for Micro-Cap III
  3.             (c) copyright Spectrum Software 1988-1989
  4.                           January 1989
  5.  
  6. Bipolar transistor model parameters:
  7.  
  8. BF        Maximum forward beta.
  9. BR        Reverse beta.
  10. XTB       Temperature coefficient for Beta.
  11. IS        Saturation current (Amperes).
  12. EG        Energy gap (eV).
  13. CJC       B-C zero-bias depletion capacitance (Farads).
  14. CJE       B-E zero-bias depletion capacitance (Farads).
  15. RB        Zero-bias base resistance (ohms).
  16. RC        Zero-bias collector resistance (ohms).
  17. VAF       Forward early voltage.
  18. TF        Forward transit time (seconds).
  19. TR        Reverse transit time (seconds).
  20. MJC       B-C grading coeffcient.
  21. VJC       B-C built-in potential (volts).
  22. MJE       B-E grading coefficient.
  23. VJE       B-E built-in potential (volts).
  24. CJS       Collector-substrate zero-bias capacitance (Farads).
  25. VAR       Reverse early voltage.
  26. NF        Forward emission coefficient.
  27. NR        Reverse emission coefficient.
  28. ISE       B-E saturation current (Amperes).
  29. ISC       B-C saturation current (Amperes).
  30. IKF       Corner for Forward Beta high-current roll-off.
  31. IKR       Corner for Reverse Beta high-current roll-off.
  32. NE        B-E leakage emission coefficient.
  33. NC        B-C leakage emission coefficient.
  34. RE        Emitter resistance (ohms).
  35. IRB       Current where RB falls halfway to its minimum value.
  36. RBM       Minimum base resistance at high currents.
  37. VTF       VBC dependence of TF (volts).
  38. ITF       IC dependence of TF (Amperes).
  39. XTF       Coefficient dependence of TF.
  40. PTF       Excess phase at f=1/(2*pi*TF).
  41. XCJC      Fraction of B-C depletion capacitance connected
  42.           to internal base node.
  43. VJS       Substrate-junction built-in potential (volts).
  44. MJS       Substrate-junction grading coefficient.
  45. XTI       Saturation current temperature exponent.
  46. KF        Flicker-noise coefficient.
  47. AF        Flicker-noise exponent.
  48. FC        Coefficient for forward-bias depletion capacitance.
  49.  
  50.  
  51. Only some of the above parameters are used in the Ebers-moll
  52. model.  All of them are used in the Gummel-Poon model.
  53.  
  54. Micro-Cap III supports both models.  Prior to a simulation, the
  55. user can select between models using the Options menu.
  56.  
  57. The EM model is ideal for simulation of most circuits.  If second
  58. order effects are needed, then the Gummel-Poon model should be
  59. used.  Below are the parameters used by EM model:
  60.  
  61. BF, BR, IS, EG, CJC, MJC, VJC, CJE, MJE, VJE, CJS, MJS, CJS,
  62. RC, RE, RB, TF, TR, NF, NR, KF, AF, FC, XTB, XTI
  63.  
  64. *  Saturation current (IS):  The saturation can be estimated from
  65. a one-point measurement from the Collector current vs on voltage
  66. graph.  The parameters needed are Ic(IS), Vbe(IS) in PEP.  NF is
  67. assumed to be 1 and this parameter can be changed by the user.
  68.  
  69. *  B-C grading coefficient (MJC):  The same method used for
  70. computing M in the diode can be used to estimate MJC.  If MJC
  71. is not readily available, then use 0.33 for a linearly graded
  72. junction and 0.5 for an abrupt junction.  Refer to the reference
  73. manual for further information.
  74.  
  75. *  B-C built-in potential (VJC):  VJC can be obtained from the
  76. same method used in computing VJ in the diode model.  If VJC is
  77. not available, use a default value of 0.75 volts.
  78.  
  79. *  B-E grading coefficient (MJE):  The method used for computing
  80. M in the diode can be used in estimating MJE.  If MJE is not
  81. readily available, then use 0.33 for a linearly graded junction
  82. and 0.5 for an abrupt junction.  Refer to the reference manual
  83. for further information.
  84.  
  85. *  B-E built-in potential (VJE):  VJE can be obtained from the
  86. same method used in computing VJ in the diode model.  If VJC is
  87. not available, use a value of 0.80 volts.
  88.  
  89. *  Zero-bias B-C capacitance (CJC):  Using MJC and VJC, you can
  90. compute CJC.  In addition to these parameters, you need Cobo and
  91. Vcb from databooks.  Refer to your manual for more information on
  92. the estimation of this parameter.
  93.  
  94. *  Zero-bias B-E capacitance (CJE):  CJE is computed from the
  95. following parameters Cibo and Veb given in most databooks.  In
  96. addition, MJE and VJE must be computed prior to estimating CJE.
  97.  
  98. *  Forward transit time (TF):  This parameter can be estimated
  99. from the unity-gain bandwidth.  The parameters needed are Ft(TF),
  100. Ic(Tf) and Vce(TF).
  101.  
  102.  
  103.  
  104. *  Reverse Beta (BR):  The parameters needed are: Vcesat, IC(BR),
  105. IB(BR), BF, and VT(thermal voltage).  PEP will compute BR from
  106. the above set of input parameters.  The default value is set to
  107. one.
  108.  
  109. *  Forward Beta (BF):  You can enter the maximum DC forward beta
  110. for this parameter.  This parameter is usually given in most
  111. databooks.  In the EM model, BF is assumed to be fixed.  However,
  112. in the Gummel-Poon model BF varies with collector current.  The
  113. default value is set to 100.
  114.  
  115. There are a set of parameters used to compute NE, ISE, IKF and
  116. BF.  These parameters are obtained from the Beta forward vs
  117. Collector curve. A similar set of parameters NR, ISC, IKR and BR
  118. can be computed by reversing the collector and emitter leads.
  119.  
  120. hfe1 and Ic1 should be obtained from the low end of the BF vs IC
  121. curve.
  122.  
  123. hfe2 and Ic2 should be obtained from the mid region in the low
  124. collector region.
  125.  
  126. hfe3 and Ic3 should be obtained from the peak value of BF.
  127.  
  128. hfe4 and Ic4 should be obtained from the halfway point for hfe3. 
  129. That is, hfe4 = 0.5*hfe3.
  130.  
  131. *  Reverse transit time (TR):  TR can be computed from the
  132. following parameters: Ic(Tr), Ib1(Tr), Ib2(Tr) and ts(Tr). 
  133. Usually, Ic/Ib is 10.  PEP will compute TR from the above set of
  134. parameters.
  135.  
  136. *  Forward Early voltage (VAF):  This parameter can be estimated
  137. from the output admittance curve given in most databooks.  The
  138. parameters used by PEP are: hoe(VAF), Ic(VAF) and Vce(VAF).
  139.  
  140. Notes:
  141. ------
  142. Some of the parameters used by the Gummel-Poon model require
  143. difficult measurements and they are not covered in this doc file.
  144.  
  145. Interested users should refer to the book, "Modelling the Bipolar
  146. transistor" by Ian Getreu, for more information.
  147.  
  148. Many of these parameters are assigned to their default values in
  149. both PEP and Micro-Cap III library.
  150.  
  151.               Bipolar model parameters flow diagram
  152.  
  153.  
  154.               Enter Forward emission coefficient NF
  155.                                 |
  156.                            Compute IS
  157.                          Ic(IS), Vbe(IS)
  158.                                 |
  159.                 Enter B-C grading coefficient MJC
  160.                                 |
  161.                 Enter B-C built-in potential VJC
  162.                                 |
  163.                            Compute CJC
  164.                        Cobo(CJC), Vcb(CJC)
  165.                                 |
  166.                 Enter B-E grading coefficient MJE
  167.                                 |
  168.                 Enter B-E built-in potential VJE
  169.                                 |
  170.                            Compute CJE
  171.                        Cibo(CJE), Veb(CJE)
  172.                                 |
  173.                            Compute TF
  174.                      Ft(TF), Ic(TF), Vce(TF)
  175.                                 |
  176.                            Compute VAF
  177.                    hoe(VAF), Ic(VAF), Vce(VAF)
  178.                                 |
  179.                            Compute BF
  180.                         hfe3(BF), Ic3(BF)
  181.                                 |
  182.                            Compute NE
  183.               hfe1(NE), Ic1(NE), hfe2(NE), Ic2(NE)
  184.                                 |
  185.                            Compute ISE
  186.                  hfe1, Ic1, hfe2, Ic2, hfe3, Ic3
  187.                                 |
  188.                            Compute IKF
  189.                       hfe3, Ic3, hfe4, Ic4
  190.                                 |
  191.                            Compute BR
  192.                      Vcesat, Ic(BR), Ib(BR)
  193.                                 |
  194.                            Compute TR
  195.                 Ib1(TR), Ib2(TR), Ic1(TR), Ts(TR)
  196.                                 |
  197.  
  198.  
  199.                                 |
  200.                            Compute RC
  201.                    Vce1(RC), Vce2(RC), Ic(RC)
  202.                                 |
  203.                            Compute RB
  204.                    Vbe1(RB), Vbe2(RB), Ib(RB)
  205.                                 |
  206.                 Enter C-S grading coefficient MJS
  207.                                 |
  208.                 Enter C-S built-in potential VJS
  209.                                 |
  210.                Enter C-S zero-bias capacitance CJS
  211.                                 |
  212.            Enter depletion capacitance coefficient FC
  213.                                 |
  214.                Enter flicker noise coefficient KF
  215.                                 |
  216.                  Enter flicker noise exponent AF
  217.                                 |
  218.                        Enter energy gap EG
  219.                                 |
  220.            Enter temperature coefficient for Beta XTB
  221.                                 |
  222.         Enter saturation current temperature exponent XTI
  223.  
  224.       
  225.