Modellierung und Simulation von BJTs mit mehreren Kollektoren/Emittern

Ich versuche gelegentlich zu verstehen, wie bekannte integrierte Schaltkreise funktionieren, indem ich sie in einem Simulator aufbaue und beobachte, wie sie auf sich ändernde Bedingungen reagieren. Ich stoße jedoch immer wieder auf BJTs mit mehreren Kollektoren oder mehreren Emittern, und der Simulator, den ich gerne verwende (der unter http://www.falstad.com/circuit ), hat kein Modell für ein solches Gerät. Obwohl ich sicher bin, dass sie als SPICE-Modelle zu finden sind, helfen SPICE-Simulationen für das intuitive Verständnis, das ich zu entwickeln versuche, einfach nicht viel, da sie keine Live-Bearbeitung zulassen. Also meine Frage ist folgende:

Wie kann man BJTs mit mehreren Kollektoren/Emittern am besten simulieren, ohne ein einfaches Modell für sie zu haben? Können Sie beispielsweise zwei BJTs mit verbundenem Kollektor und Basis verwenden, um einen Zwei-Emitter-Transistor zu simulieren? Oder würde das nicht genauso funktionieren? Beachten Sie, dass Gerätefehlanpassungen nicht berücksichtigt werden müssen, da dies nur zu Simulationszwecken dient.

Als Beispiel für die Art der Schaltung gilt:LM317-Ersatzschaltbild

Dies ist die im Datenblatt von ON Semiconductors angegebene Ersatzschaltung für den Linearregler LM317. Es enthält einen Zwei-Emitter-Transistor und einen Zwei-Kollektor-Transistor; letzteres scheint nur ein Stromspiegel zu sein, aber die Funktion des ersteren ist weniger klar.

Antworten (1)

Ich bin ein Bastler. Denken Sie also an meine eigenen Einschränkungen, während ich hier schreibe. Und es hätte mir (oder anderen) vielleicht geholfen, wenn Sie einen bestimmten Schaltplan zur Diskussion gestellt hätten. (Update: Danke für das Hinzufügen eines Schaltplans!)

Einige grobe Gedanken:

  • Die mehreren Emitter sind innerhalb der Basis- und Kollektorregionen einer einzelnen BJT-Struktur vergraben, ohne eine trennende Metallisierung zu erzeugen. Wenn Sie zwei BJTs genommen und auf irgendeine Weise zusammengebunden haben, können Sie nur zwei Basen durch die Metallisierung und Verkabelung (dasselbe gilt für die Kollektoren) miteinander verbinden, und dies ist nicht dasselbe, als könnten Sie Emitter direkt in einem vergraben Einzelstruktur (so wie Sie keinen BJT aus der Verdrahtung zweier Dioden zusammenbauen können.) Sie können sozusagen nicht genau "von hier aus dorthin gelangen". Dazu später mehr.
  • Die Bereiche können unterschiedlich gestaltet werden, was zu unterschiedlichen Parameterwerten führt ( ICH S E , zum Beispiel) für jeden. Sie müssten die Schaltung untersuchen, um zu sehen, ob diese Funktion verwendet wurde. Wenn ja, müssten Sie verschiedene BJT-Modelle für Ihre Simulation erstellen und den Schaltplan ziemlich gut verstehen, um hier begründete Urteile zu fällen. Selbst dann ist es natürlich nicht genau dasselbe.

In Logikschaltungen können Sie normalerweise mit einem Paar BJTs "auskommen", indem Sie die Basen miteinander und die Kollektoren miteinander verbinden - bei bescheidener Sorgfalt. Bei Analog wäre ich jedoch sehr vorsichtig und würde mir viele Gedanken über die Designdetails machen.

Obwohl ich nicht glaube, dass Sie sie ohne sehr spezifische Designinformationen, aus denen Sie möglicherweise einen gut durchdachten Teilschaltkreis entwerfen können, direkt und präzise von Gleichstrom bis Tageslicht simulieren können, können Sie normalerweise den Schaltplan lesen und einen Weg finden bieten eine ungefähre Simulation. (Angesichts der Einschränkung, dass die resultierende Simulation umso besser ist, je mehr Aufwand Sie auf das Studium des Schaltplanentwurfs aufwenden können.)

Seitenleiste : Während des Einschaltens ist Emitter-Crowding ein erhebliches Problem und seine Wirkung wird durch die RC-Zeitkonstante verstärkt, die durch den Basiswiderstand und die Kapazität des Übergangs erzeugt wird; wobei die Kanten schneller einschalten als die Mitte des Emitters. Da das Verhältnis des Umfangs zur Fläche mit den genauen Details des Designs variiert, variiert dieses Problem der Überfüllung auch mit den Designdetails. Um das Problem zu verringern, muss die Breite des Emitters schmal sein. Manchmal enthalten spezialisierte BJT-Designs mehrere Emitter im Design, um die DC-Stromtreiberfähigkeiten aufrechtzuerhalten und gleichzeitig die AC/transiente Überlastung zu reduzieren.

Ich glaube, wenn Sie mit Logikschaltungen konfrontiert sind, können Sie diese Probleme normalerweise verfeinern und eine einigermaßen gut funktionierende Anordnung mit einfachen, diskreten BJTs (und möglicherweise in einigen Fällen mit einigen gut platzierten zusätzlichen Widerständen) einrichten. Vielleicht möchten Sie einige anpassen der BJT-Parameter, wie z ICH S E und/oder ICH S . Aber ohne detaillierte Informationen wäre alles nur Vermutung. Da würde ich mich wohl nicht allzu sehr aufregen.

Danke schön! Ich habe einen Schaltplan hinzugefügt, wie Sie vorgeschlagen haben, aber es scheint, wie ich befürchtet habe, nicht machbar zu sein. Wenn ich Ihre Antwort richtig lese, würde es meiner Meinung nach ein Verständnis der Funktionsweise der Schaltung erfordern, und da der einzige Grund, warum ich diese Simulationen durchführe, darin besteht, die Funktionsweise der Schaltung besser zu verstehen, ist dies eine Art Catch-22 .
@Felthry Die Standardannahme hier wäre, dass die Kollektorstromdichten gleich sind und dass Sie ein einfaches BJT-Paar verwenden können, um dies einzurichten. Aber es ist schwer, die genauen Designabsichten zu kennen, ohne mehr Zeit mit dem Schaltplan selbst zu verbringen. Sie haben möglicherweise Dinge im tatsächlichen Design so angeordnet, dass der Gewinn beispielsweise viel weniger als eins beträgt. In diesem Fall würden Sie den mit Dioden verbundenen BJT durch eine tatsächliche Diode (und die richtigen Parameter) ersetzen.
@Felthry Also ja. Sie haben Recht, wenn Sie sagen, dass ein Verständnis verschiedener Topologien des Elektronikdesigns erforderlich ist, um eine gute Chance zu haben, eine genaue Spice-Simulation zu arrangieren. Und wenn eine genaue Spice-Simulation benötigt wird, um die Topologien zu verstehen, dann befinden Sie sich tatsächlich in einer Sackgasse. Der Weg, um daraus auszubrechen, besteht darin, die folgende Frage zu stellen: "Was für eine Topologie ist dieses LM317-Element hier ? Ich würde gerne untersuchen, wie es funktioniert, aber ich weiß nicht, wie es heißt." Das kann Schritt für Schritt spezifische Hilfe erhalten und den Catch-22-Kreislauf durchbrechen.
@Felthry Dieser Kommentar hätte der erste sein sollen. Aber ich musste es hier löschen und neu hinzufügen: Das Paar in der oberen rechten Ecke Ihres Schaltplans ist ein aktuelles Spiegelpaar und es ist KEINE Mehrfach-Emitter-Anordnung, sondern jetzt eine Mehrfach-Kollektor-Anordnung. Daher sind meine obigen Kommentare weit weniger auf diesen Fall anwendbar.
Vorschlag: Gehen Sie zunächst davon aus, dass die Geräte mit mehreren Emittern den Strom gleichmäßig aufteilen, und denken Sie über das Schaltungsverhalten nach (oder simulieren Sie es). Einige davon sind sehr unausgeglichen, um winzige Schweifströme für die Eingangsdiffpaare von Operationsverstärkern zu erzeugen. Wie Jonk sagt, "es könnte Vermutungen sein". Wenn Sie die Schaltung nicht zurückentwickeln möchten, haben Sie einfach Spaß beim Erlernen der Funktionsweise.
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