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zoom RSS 2SC1815 SPICE model

<<   作成日時 : 2016/11/26 16:10   >>

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今日は、今まで気にしなかったことを考えて見たいと思います。ダイオードのSPICEモデルを作りながら、実際の設計では、エイヤーと誤差10%程度で計算しています。今、手元には、2SC1815のSPICEモデルが沢山あります。しかし、自分で回路動作を検討する時には、2N222Aのモデルを選んでいます。これは、2SC1815のモデルを作るのに、東芝のデータシートだけを見て作成する場合と、広範囲で実測をしてからモデル化する場合で大きく異なるからです。
例えば、2SC1815互換の静特性を東芝と、フェアチャイルド社(現ONセミ)、UNISONIC社の3社のデータシートで比較します。
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どうでしょうか、どれも、結構似ている特性で、互換品と呼ばれています。特性の表示範囲によって随分と異なった印象を与えます。
そこで、極端な2つのSPICEモデルを比較してみます。
最初に、ベースとエミッタ間のダイオード特性です。測定回路とモデル(出典は探さないでください)
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データシートの、IC-VBE特性と、計算した、IB-VBE特性です
画像

(私が)計算した、赤い線がほぼデータシートの特性に近いのですが、青い線は、VBEの電圧が低めに出ています。

では、本題の、コレクタ電流とコレクタ電圧の静特性を比較してみます。
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どうでしょうか、同じトランジスタのモデルなのですが、作成した人によって、こんなに特性が異なります。
実は、私は、この2つ、あるいはそれ以上のモデルを使い分けています。あるいは、LTspiceの回路図に、モデル記述を直接記述して、必要な部分を変更、追加しています。
ベース電流を多く流す、スイッチ動作の場合は、VAFの小さいモデル、アナログ信号の増幅用には、VAFの大きなモデル、結構大き目な電力を消費するバッファの場合は、中間のVAFを使ったモデルを使います。
SPICE3のBJTのモデルは、アーリー効果は表現できるのですが、VCE電圧が低く、ベース電流が大きな領域の近似ができません。大手半導体ベンダが、配布する詳細なモデルでは、シミュレーション目的毎に、異なるモデルを提供している場合があります。ただし、殆どが、HSPICEか、PSPICE用で、内部が暗号化されています。
本気で、モデルを作るのであれば、ベースにビヘイビア電流源を挿入するとか、初めから、ベース入力部のダイオードモデルと周辺のRC回路、出力側は、hFEとRC回路、ミラーリング効果等の数値等価モデルを作る事になりますが、そこまでしても、出た結果には、大した違いはありません。スイッチで使うか、負帰還を使うので、モデルの特徴は、結果に殆ど影響しません。

注意:画像のモデル記述は、第3者の著作物です。出典を示していませんが、流用しないでください。

もし、これから、2SC1815のモデルを作成する人がいたら、KSC1805のデータシートを使うのが良さそうです。
実際に使うベース電流は、100μA前後なので、VAFを小さくすると、回路設計で、バイアスの動作点の決定を間違えるかもしれません。何故、2SC1815がこんなに持て囃されたのでしょうね?ほかに良いデバイスはあったと思うのですが、端子メッキやパッケージの材質等で、大きな問題を出さなかったからでしょうか?

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