 |
تحلیل سه بعدی ترانزیستور دوقطبی
این مدل نحوه راه اندازی یک شبیه سازی سه بعدی ترانزیستور دوقطبی npn را نشان می دهد. این یک نسخه 3 بعدی از دستگاه است که در مدل ترانزیستور دوقطبی نشان داده شده است و نشان می دهد که چگونه با استفاده از COMSOL Multiphysics مدل سازی نیمه هادی را به سه بعدی گسترش دهید. همانند نسخه 2 بعدی این مدل، دستگاه در حالی که در رژیم امیتر مشترک کار می کند شبیه سازی می شود. یک مطالعه مبتنی بر ولتاژ برای توصیف پاسخ ولتاژ جریان دستگاه محاسبه می‌شود و یک مطالعه جریان محور برای شبیه‌سازی دستگاهی که به عنوان تقویت‌کننده جریان آنالوگ کار می‌کند، انجام می‌شود.
معرفی
ترانزیستورهای دوقطبی برای عملکرد به هر دو جریان الکترون و حفره متکی هستند در حالی که ترانزیستورهای تک قطبی مانند دستگاه های ماسفت تنها با استفاده از یک نوع حامل کار می کنند. ترانزیستورهای دوقطبی تا حد زیادی در مدارهای مجتمع با دستگاه های اثر میدان جایگزین شده اند. با این حال، آنها هنوز هم در الکترونیک آنالوگ مهم هستند – به ویژه در مدارهای کنترل قدرت که می توان از آنها به عنوان کلید و تقویت کننده جریان استفاده کرد.
شکل 1: سمت چپ: مقطع ساده شده از طریق یک ترانزیستور دوقطبی که ساختار دستگاه را نشان می دهد. سمت راست: نمودار مداری که پیکربندی امیتر رایج را نشان می دهد.
یک ترانزیستور دوقطبی از سه ناحیه به نام امیتر، پایه و کلکتور تشکیل شده است. در یک ترانزیستور npn، ناحیه پایه نوع p بین ناحیه امیتر و کلکتور نوع n قرار می گیرد، همانطور که در پانل سمت چپ شکل 1 نشان داده شده است . در پیکربندی امیتر مشترک، کنتاکت امیتر، زمین مشترک برای هر دو کنتاکت بیس و کلکتور است، یعنی ولتاژ پایه و کلکتور نسبت به امیتر که زمین است، اندازه گیری می شود. این به صورت شماتیک در پانل سمت راست شکل 1 نشان داده شده است .
در عملکرد عادی، اتصال بیس-امیتر تحت بایاس رو به جلو و اتصال بیس-کلکتور تحت بایاس معکوس قرار دارد. الکترون ها روی اتصال pn بایاس رو به جلو از امیتر به پایه تزریق می شوند. سپس به عنوان حامل های اقلیت از طریق ناحیه پایه پخش می شوند. آن دسته از الکترون‌هایی که به محل اتصال پایه-کلکتور می‌رسند توسط میدان الکتریکی ناحیه تخلیه شده در نزدیکی اتصال pn بایاس معکوس به تماس جمع‌آور جاروب می‌شوند.
مقاومت موثر بین امیتر و کلکتور را می توان با اعمال جریان به پایه تغییر داد. به این ترتیب، جریان کلکتور-امیتر را می توان توسط یک جریان پایه-امیتر کوچکتر کنترل کرد. در این پیکربندی، دستگاه به عنوان تقویت کننده جریان عمل می کند، زیرا جریان کلکتور-امیتر (در یک ولتاژ کلکتور-امیتر معین) متناسب با جریان پایه-امیتر است. به طور معمول، بهره جریان می تواند مقادیری در حدود 100 داشته باشد که ترانزیستورهای دوقطبی را در طیف گسترده ای از مدارهای مدیریت توان جذاب می کند. به عنوان مثال، یک جریان کوچک از برخی مدارهای حسگر، مانند دیود نوری یا پروب دما، می تواند برای کنترل جریان بزرگتر مورد نیاز برای کارکرد یک موتور یا یک عنصر گرمایش استفاده شود.
مدل ارائه شده در اینجا یک توصیف دقیق جریان DC ولتاژ دستگاه ترانزیستور دوقطبی را ارائه می دهد. بهره جریان به عنوان تابعی از جریان کلکتور، همراه با منحنی امیتر-کلکتور IV برای جریان ثابت اعمال شده به پایه محاسبه می شود.
تعریف مدل
هندسه مدل در شکل 2 نشان داده شده است . با توجه به تقارن دستگاه تنها یک چهارم کل سازه به صراحت مدل سازی شده است. مشخصات دوپینگ مدل شده در شکل 3 نشان داده شده است . همانطور که نمونه پروفیل مورد استفاده در ترانزیستورهای دوقطبی سیلیکونی است، از چهار ناحیه (n+، p، n، و n+) تشکیل شده است که در دستورالعمل مدلسازی به تفصیل توضیح داده شده است .
شکل 2: هندسه مدل، صفحات تقارن با رنگ آبی مشخص شده اند و مرزهایی که سه کنتاکت الکتریکی روی آن اعمال می شوند، برچسب گذاری شده اند.
شکل 3: توزیع ناخالصی برای دستگاه ترانزیستور دوقطبی. سمت چپ: نمودار حجمی که کل غلظت خالص ناخالصی را نشان می دهد، منطقه تابشگر به وضوح به رنگ قرمز دیده می شود. مرز بین پایه و کلکتور به دلیل قدر زیاد غلظت در مناطق +n مشخص نیست. راست: برش خط کل غلظت خالص خالص گرفته شده در امتداد خط قرمز نشان داده شده در پنجره سمت چپ. ناحیه پایه نوع p در این نمودار قابل مشاهده است.
اولین مطالعه در این مدل، ولتاژ پایه را در حالی که یک ولتاژ ثابت 0.5 ولت در تماس کلکتور اعمال می کند، جارو می کند، جایی که هر دو ولتاژ نسبت به امیتر زمینی اندازه گیری می شوند. این تنظیم اجازه می دهد تا جریان در هر سه پایانه به عنوان تابعی از ولتاژ پایه رسم شود و نشان می دهد که شبیه سازی جریان را حفظ می کند. این مطالعه همچنین برای ایجاد نمودار Gummel استفاده می شود که جریان در کنتاکت های کلکتور و پایه را به عنوان تابعی از ولتاژ پایه نشان می دهد. سپس از همان داده ها برای محاسبه بهره جریان استفاده می شود که به عنوان نسبت جریان کلکتور و پایه تعریف می شود (I C /I E، به عنوان تابعی از جریان کلکتور. منحنی بهره جریان یک مشخصه مهم برای برنامه های تنظیم جریان و کنترل توان است، زیرا برای محاسبه خروجی کلکتور مورد انتظار برای ورودی پایه معین استفاده می شود.
دو مطالعه بعدی برای محاسبه جریان کلکتور به عنوان تابعی از ولتاژ کلکتور برای جریان پایه اعمال شده 2 μ استفاده می شود.A. این مثالی از یک مشکل ناشی از جریان است، زیرا یک جریان تنظیم شده به یکی از مخاطبین اعمال می شود. هنگام حل مسائل ناشی از جریان در COMSOL Multiphysics، اغلب لازم است یک شرایط اولیه ارائه شود که از یک مطالعه مبتنی بر ولتاژ مناسب محاسبه شود، که در آن فقط ولتاژها در کنتاکت ها اعمال می شود. به منظور ایجاد شرایط اولیه مورد نیاز برای این مطالعات، یک مطالعه اولیه سازی مبتنی بر ولتاژ انجام می شود. این مطالعه مقداردهی اولیه، ولتاژ کلکتور را روی 0 تنظیم می‌کند، که مقدار اولیه آن در مطالعات هدایت‌شده جریان است، و ولتاژ پایه را جارو می‌کند. راه حلی که یک جریان پایه با بزرگی مناسب ایجاد می کند، می تواند به عنوان شرایط اولیه برای مطالعه هدایت شده فعلی استفاده شود.
نتایج و بحث
شکل 4 جریان در هر ترمینال را به عنوان تابعی از ولتاژ پایه-امیتر ( V BE ) برای ولتاژ ثابت کلکتور-امیتر ( V CE = 0.5 V) نشان می دهد. توجه داشته باشید که شکل جریان های ترمینال را با استفاده از قرارداد COMSOL Multiphysics نشان می دهد: جریانی که از کنتاکت به نیمه هادی می گذرد مثبت است و جریانی که از نیمه هادی به داخل کنتاکت می ریزد منفی است. شکل همچنین نشان می دهد که جریان حفظ شده است. این را می توان به این صورت مشاهده کرد که مجموع جریان های پایه و کلکتور دارای مقدار برابر و علامت مخالف با جریان امیتر هستند، یعنی: جریان پایه را می توان با استفاده از جریان های دیگر محاسبه کرد.
شکل 4: جریان های ترمینال به عنوان تابعی از ولتاژ پایه-امیتر (V BE ) برای یک ولتاژ ثابت کلکتور-امیتر (V CE = 0.5 V).
شکل 5: نمودار Gummel که بزرگی کلکتور و جریان پایه را به عنوان تابعی از ولتاژ پایه نشان می دهد.
شکل 6: بهره جریان به عنوان تابعی از جریان کلکتور برای ولتاژ پایه ثابت V BE = 0.5 ولت.
شکل 5 نمودار Gummel را برای ترانزیستور دوقطبی مدل شده نشان می دهد. نمودار Gummel بزرگی جریان کلکتور و پایه را نشان می دهد که در مقیاس لگاریتمی، تابعی از ولتاژ پایه است.
شکل 6 بهره جریان را نشان می دهد که به صورت I C /I B تعریف می شود ، به عنوان تابعی از جریان کلکتور در ولتاژ پایه ثابت V BE = 0.5 V.
شکل 7: نمودار جریان کلکتور در مقابل ولتاژ کلکتور برای I B = 2 μ A.
شکل 7 جریان کلکتور را به عنوان تابعی از ولتاژ کلکتور برای جریان پایه اعمال شده ثابت 2 μ A نشان می دهد. این شکل منحنی جمع کننده IV را برای دستگاه در پیکربندی امیتر مشترک نشان می دهد. در ابتدا جریان به صورت خطی با افزایش ولتاژ امیتر-کلکتور قبل از رسیدن به سطح اشباع افزایش می یابد. گرادیان رژیم خطی و بزرگی جریان اشباع به جریان پایه بستگی دارد. از آنجایی که مدل از نظر محاسباتی فشرده است، تنها یک مقدار جریان پایه شبیه‌سازی شده است، امابرای مقایسه بین جریان‌های پایه اعمال شده مختلف، ترانزیستور دوقطبی را ببینید.
شکل 8 چگالی ولتاژ و جریان حامل را در سراسر دستگاه نشان می دهد. با V CE = 1.5 V دستگاه در رژیم رو به جلو فعال است. در این رژیم، اتصال امیتر-پایه بایاس رو به جلو و اتصال پایه-کلکتور بایاس معکوس است. الکترون ها از طریق اتصال بایاس رو به جلو از امیتر به پایه تزریق می شوند. سپس این الکترون ها در ناحیه پایه نوع p به عنوان حامل های اقلیت منتشر می شوند. آنهایی که به محل اتصال پایه-کلکتور بایاس معکوس می رسند توسط میدان الکتریکی اتصال به سمت ترمینال کلکتور کشیده می شوند. ضخامت ناحیه پایه باید به اندازه ای کوچک باشد که به الکترون ها اجازه انتشار با احتمال زیاد را بدهد. سوراخ ها می توانند به راحتی از پایه به مناطق امیتر از طریق اتصال امیتر-پایه بایاس رو به جلو حرکت کنند، اما نمی توانند از اتصال پایه-کلکتور بایاس معکوس عبور کنند.
شکل 8: ولتاژ و چگالی جریان برای I B = 2 μ A و V CE = 1.5 V. رنگ ولتاژ و فلش ها چگالی جریان الکترون ها (سیاه) و حفره ها (سفید) را نشان می دهد. توجه داشته باشید که جریان حفره از پایه به امیتر جریان می‌یابد و به ناحیه n-دوپ پایین‌تر وارد نمی‌شود، در حالی که جریان الکترونی بین کلکتور و امیتر جریان دارد. این الگوی فعلی به دلیل دو اتصال pn است که دستگاه را تشکیل می دهد. میدان الکتریکی در اطراف اتصالات بزرگترین است، همانطور که می توان با تغییر سریع ولتاژ بین نواحی با دوپ متفاوت مشاهده کرد.
مسیر کتابخانه برنامه: Semiconductor_Module/Transistors/bipolar_transistor_3d
دستورالعمل های مدل سازی
توجه: این مدل از نظر محاسباتی گران است و ممکن است به منابع بیشتری نسبت به یک ماشین رومیزی معمولی نیاز داشته باشد. احتمالاً چندین ساعت طول می کشد تا همه مطالعات در مدل حل شوند. نسخه دو بعدی این مدل ( ترانزیستور دوقطبی ) موجود است که معمولاً در یک ماشین رومیزی معمولی در چند دقیقه قابل حل است.
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  3D کلیک کنید . |
2 | در درخت انتخاب فیزیک ، Semiconductor>Semiconductor (نیمه) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
5 | در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Stationary را انتخاب کنید . |
6 |  روی Done کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
پارامترهای مدل را از bipolar_transistor_3d_parameters.txt وارد کنید .
1 | در پنجره Model Builder ، روی تعاریف جهانی کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها، قسمت پارامترها را پیدا کنید . |
3 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل bipolar_transistor_3d_parameters.txt دوبار کلیک کنید . |
هندسه مدل را ایجاد کنید، دستگاه از دو بلوک و یک صفحه کار تشکیل شده است. بلوک بزرگتر حجم دستگاه را مشخص می کند و بلوک کوچکتر هنگام تولید مش ساختار یافته استفاده می شود. برنامه کاری برای تعریف هندسه کنتاکت های الکتریکی در سطح بالایی استفاده می شود. توجه داشته باشید که از آنجایی که دستگاه دارای صفحات تقارن در صفحات xz – و yz – است که از مبدأ عبور می کنند، تنها لازم است یک چهارم دستگاه را مدل کنید.
هندسه 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Geometry 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات هندسه ، بخش Units را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد طول ، میکرومتر را انتخاب کنید . |
بلوک 1 (blk1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
سیلیکون را به عنوان ماده برای دستگاه اضافه کنید.
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، قسمت Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، w_BJT/2 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Depth text l_BJT/2 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، d_BJT را تایپ کنید . |
بلوک 2 (blk2)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، قسمت Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، w_BJT/2 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Depth text l_BJT/2 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، 1*d_E را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن z ، d_BJT-1.25*d_E را تایپ کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)
1 | در نوار ابزار هندسه ، روی صفحه  کار کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای صفحه کار ، قسمت تعریف هواپیما را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن مختصات z ، d_BJT را تایپ کنید . |
4 |  روی Show Work Plane کلیک کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)> مستطیل 1 (r1)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، w_cE را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، l_E/2-2*d_E را تایپ کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)> مستطیل 2 (r2)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، w_BJT/2-w_EB-w_E/2 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، l_cB/2-2*d_E را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت نوشتار xw ، w_BJT/2-w_cB را تایپ کنید . |
6 | در پنجره Model Builder ، روی Geometry 1 کلیک راست کرده و Build All را انتخاب کنید . |
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Semiconductors>Si – Silicon را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
مواد
بله – سیلیکون (mat1)
اکنون می توان فیزیک را برای مدل پیکربندی کرد. اولین مرحله ایجاد توزیع ناخالص مورد نیاز است. این با استفاده از چهار ویژگی مدل تحلیلی دوپینگ ، یکی برای تعیین سطح پس‌زمینه ثابت و سپس یکی برای هر یک از مناطق امیتر، پایه و جمع‌آور به دست می‌آید.
یک پس زمینه ثابت n-doping به دستگاه اضافه کنید.
نیمه هادی (نیمه)
پیشینه ثابت n دوپینگ
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Semiconductor (نیمه) کلیک راست کرده و Doping>Analytic Doping Model را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مدل تحلیلی دوپینگ ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه دامنه ها را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Impurity را پیدا کنید . از لیست نوع ناخالصی ، دوپینگ اهداکننده (نوع n) را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متنی N D 0 ، N_epi را تایپ کنید . |
6 | در قسمت نوشتار Label ، Constant Background n Doping را تایپ کنید . |
پایه p دوپینگ
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Analytic Doping Model را انتخاب کنید . |
یک لایه دوپینگ نوع p را برای ناحیه پایه اضافه کنید.
2 | در پنجره تنظیمات برای مدل تحلیلی دوپینگ ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه دامنه ها را انتخاب کنید . |
4 | بخش توزیع را پیدا کنید . از لیست، جعبه را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Impurity را پیدا کنید . در قسمت متنی N A 0 ، N_B+N_epi را تایپ کنید . |
6 | بخش Uniform Region را پیدا کنید . بردار r 0 را به عنوان مشخص کنید |
0 [یک] | ایکس |
0 [یک] | Y |
d_BJT-d_E | ز |
7 | در قسمت متن W ، w_BJT/2 را تایپ کنید . |
8 | در قسمت متن D ، l_cB/2 را تایپ کنید . |
9 | در قسمت متن H ، d_E را تایپ کنید . |
10 | قسمت پروفایل را پیدا کنید . در قسمت متن d j ، d_E را تایپ کنید . |
11 | از لیست N b ، غلظت اهداکننده (semi/adm1) را انتخاب کنید . |
12 | در قسمت نوشتار Label ، Base p Doping را تایپ کنید . |
امیتر n دوپینگ
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Analytic Doping Model را انتخاب کنید . |
یک ناحیه از نوع n برای امیتر اضافه کنید.
2 | در پنجره تنظیمات برای مدل تحلیلی دوپینگ ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه دامنه ها را انتخاب کنید . |
4 | بخش توزیع را پیدا کنید . از لیست، جعبه را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Impurity را پیدا کنید . از لیست نوع ناخالصی ، دوپینگ اهداکننده (نوع n) را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متنی N D 0 ، N_E+N_B را تایپ کنید . |
7 | بخش Uniform Region را پیدا کنید . بردار r 0 را به عنوان مشخص کنید |
0 [یک] | ایکس |
0 [یک] | Y |
d_BJT | ز |
8 | در قسمت متن W ، w_E/2-d_E را تایپ کنید . |
9 | در قسمت متن D ، l_E/2-2*d_E را تایپ کنید . |
10 | قسمت پروفایل را پیدا کنید . در قسمت متن d j ، d_E را تایپ کنید . |
11 | در قسمت متن N b ، N_B را تایپ کنید . |
12 | در قسمت نوشتار Label ، Emitter n Doping را تایپ کنید . |
منطقه دیگری از نوع n برای جمع کننده اضافه کنید.
جمع آوری کننده دوپینگ
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Analytic Doping Model را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مدل تحلیلی دوپینگ ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه دامنه ها را انتخاب کنید . |
4 | بخش توزیع را پیدا کنید . از لیست، جعبه را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Impurity را پیدا کنید . از لیست نوع ناخالصی ، دوپینگ اهداکننده (نوع n) را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متنی N D 0 ، N_C را تایپ کنید . |
7 | بخش Uniform Region را پیدا کنید . در قسمت متن W ، w_BJT/2 را تایپ کنید . |
8 | در قسمت متن D ، l_BJT/2 را تایپ کنید . |
9 | قسمت پروفایل را پیدا کنید . در قسمت متن d j ، 1.3*d_C را تایپ کنید . |
10 | از لیست N b ، غلظت اهداکننده (semi/adm1) را انتخاب کنید . |
11 | در قسمت نوشتار برچسب ، Collector n Doping را تایپ کنید . |
ویژگی Recombination به کمک Trap را به مدل اضافه کنید .
نوترکیبی به کمک تله 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Trap-Assisted Recombination را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Recombination با کمک تله ، قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه دامنه ها را انتخاب کنید . |
سپس ویژگی های Metal Contact را اضافه کنید تا مخاطبین امیتر، پایه و جمع کننده را تعریف کنید.
ولتاژ امیتر
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Metal Contact را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 10 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای تماس فلزی ، قسمت ترمینال را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن V 0 ، V_E را تایپ کنید . |
5 | در قسمت نوشتار Label ، Emitter Voltage را تایپ کنید . |
ولتاژ پایه
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Metal Contact را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 15 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای تماس فلزی ، قسمت ترمینال را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن V 0 ، V_B را تایپ کنید . |
5 | در قسمت نوشتار Label ، Base Voltage را تایپ کنید . |
ولتاژ کلکتور
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Metal Contact را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 3 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای تماس فلزی ، قسمت ترمینال را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن V 0 ، V_C را تایپ کنید . |
5 | در قسمت نوشتار Label ، Collector Voltage را تایپ کنید . |
این مدل علاوه بر اعمال ولتاژ به هر سه کنتاکت، نیاز به اعمال جریان به کنتاکت های پایه و کلکتور نیز دارد. این با کپی کردن هر یک از کنتاکت های اعمال کننده ولتاژ مربوطه و انتخاب اعمال جریان به دست می آید. در هر مطالعه، شرایط مرزی تماس مربوطه با غیرفعال کردن انتخابی ویژگی‌هایی که مورد نیاز نیستند انتخاب می‌شوند.
جریان پایه
1 | در پنجره Model Builder ، روی Base Voltage کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تماس فلزی ، قسمت ترمینال را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع ترمینال ، فعلی را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت نوشتاری I 0 ، I_B را تایپ کنید . |
5 | در قسمت Label text Base Current را تایپ کنید . |
جریان جمع آوری کننده
1 | در پنجره Model Builder ، روی Collector Voltage کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تماس فلزی ، قسمت ترمینال را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع ترمینال ، فعلی را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متنی I 0 ، I_C را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن V init ، V_B را تایپ کنید . |
6 | در قسمت نوشتار برچسب ، Collector Current را تایپ کنید . |
مرحله بعدی پیکربندی یک مش مناسب است. برای مدل های نیمه هادی سه بعدی، یک شبکه جاروب ساختار یافته توصیه می شود. این امر با ایجاد یک شبکه مثلثی آزاد در سطح بالایی دستگاه و سپس جاروب کردن آن در بقیه قسمت های هندسی به دست می آید.
مش 1
ابتدا مش مثلثی آزاد را در سطح بالایی دستگاه ایجاد کنید. گره اندازه برای کالیبره کردن چگالی مش برای فیزیک نیمه هادی با تنظیمات دقیق تر از پیش تعریف شده تنظیم شده است .
مثلثی رایگان 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Boundary کلیک کنید و Free Triangular را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 10، 11 و 15 را انتخاب کنید. |
اندازه
1 | در پنجره Model Builder ، روی Size کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
3 | از فهرست Calibrate for ، Semiconductor را انتخاب کنید . |
4 | از لیست Predefined ، Finer را انتخاب کنید . |
5 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
سپس مش از طریق سه دامنه به پایین کشیده می شود. یک گره توزیع به هر مش جاروب شده اضافه می شود تا چگالی مش را در جهت z کنترل کند . مش به گونه ای ایجاد می شود که در اطراف اتصالات پایه قطره چکان و پایه-کلکتور بهترین است.
جارو 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Swept کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Swept ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | فقط دامنه 3 را انتخاب کنید. |
توزیع 1
1 | روی Swept 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش توزیع را پیدا کنید . |
3 | در فیلد متنی Number of Elements ، ceil(mfac*10*(d_BJT-(d_BJT-1.5*d_E+1.25*d_E))/d_BJT) را تایپ کنید . |
جارو 2
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Swept کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Swept ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | فقط دامنه 2 را انتخاب کنید. |
توزیع 1
1 | روی Swept 2 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش توزیع را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع توزیع ، از پیش تعریف شده را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متنی Number of elements ، ceil(mfac*4*(1.25*d_E/d_BJT)) را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن نسبت عنصر ، 0.25 را تایپ کنید . |
6 | از لیست نرخ رشد ، نمایی را انتخاب کنید . |
7 | چک باکس توزیع متقارن را انتخاب کنید . |
8 | تیک Reverse direction را انتخاب کنید . |
جارو 3
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Swept کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Swept ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
توزیع 1
1 | روی Swept 3 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش توزیع را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع توزیع ، از پیش تعریف شده را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن تعداد عناصر، ceil ( mfac *1.25*(d_BJT-1.25*d_E-(d_BJT-(d_BJT-1.5*d_E+1.25*d_E)))/d_BJT) را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن نسبت عنصر ، 0.25 را تایپ کنید . |
6 | از لیست نرخ رشد ، نمایی را انتخاب کنید . |
7 | چک باکس توزیع متقارن را انتخاب کنید . |
8 | تیک Reverse direction را انتخاب کنید . |
9 | در پنجره Model Builder ، روی Mesh 1 کلیک راست کرده و Build All را انتخاب کنید . |
مش به دست آمده باید به شکل زیر باشد:
اولین مطالعه را پیکربندی کنید، این مطالعه ولتاژ پایه را با V_C = 0.5 V و V_E = 0 V جارو می‌کند. از آنجایی که این یک مطالعه مبتنی بر ولتاژ بدون جریان اعمالی است، دو کنتاکت جریان غیرفعال هستند. محدوده ولتاژهای اعمال شده برای اطمینان از توزیع خوب نقاط داده در نمودارهای جریان-ولتاژ و نمودارهای افزایش جریان انتخاب شده است.
V_B SWEEP، V_C=0.5 V، V_E=0 V
1 | در پنجره Model Builder ، روی Study 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، V_B Sweep، V_C=0.5 V، V_E=0 V را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . تیک Generate defaults defaults را پاک کنید . |
مرحله 1: ثابت
1 | در پنجره Model Builder ، در زیر V_B Sweep، V_C=0.5 V، V_E=0 V روی Step 1: Stationary کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، بخش Physics and Variables Selection را پیدا کنید . |
3 | تیک Modify model configuration for study step را انتخاب کنید . |
4 | در درخت، Component 1 (comp1)> Semiconductor (Semi)> Base Current را انتخاب کنید . |
5 |  روی Disable کلیک کنید . |
6 | در درخت، Component 1 (comp1)> Semiconductor (Semi)>Collector Current را انتخاب کنید . |
7 |  روی Disable کلیک کنید . |
8 | برای گسترش بخش Study Extensions کلیک کنید . کادر بررسی جارو کمکی را انتخاب کنید . |
9 |  روی افزودن کلیک کنید . |
10 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
V_B (ولتاژ اعمال شده: پایه) | محدوده (0,0.05,1.1) | V |
قبل از محاسبه راه حل، ایده خوبی است که مقدار اولیه را بدست آورید و تأیید کنید که پروفایل دوپینگ به درستی تنظیم شده است.
11 | در نوار ابزار مطالعه ،  روی دریافت مقدار اولیه کلیک کنید . |
نمایه دوپینگ را روی نمودار خطی 1 بعدی که در امتداد یک برش خط عمودی با مختصات (x,y) (0,0) گرفته شده است رسم کنید. این مربوط به لبه سمت چپ جلوی هندسه مدل است و در مرکز دستگاه قرار دارد. این موقعیت از امیتر، پایه و دوپینگ جمع کننده نمونه برداری می کند.
نتایج
مشخصات دوپینگ
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، نمایه دوپینگ را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
نمودار خطی 1
1 | روی Doping Profile کلیک راست کرده و Line Graph را انتخاب کنید . |
2 | فقط لبه های 1، 4 و 7 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن Expression ، log10(abs((semi.Nd-semi.Na)/1[1/cm^3])) را تایپ کنید . |
5 | چک باکس Description را انتخاب کنید . |
6 | قسمت x-Axis Data را پیدا کنید . از لیست پارامتر ، طول قوس معکوس را انتخاب کنید . |
7 | در نوار ابزار Doping Profile ، روی  Plot کلیک کنید . |
مشخصات دوپینگ
1 | در پنجره Model Builder ، روی Doping Profile کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 1D Plot Group ، قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
3 | چک باکس x-axis label را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، Depth (um) را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار Doping Profile ، روی  Plot کلیک کنید . |
مشخصات دوپینگ صحیح در پانل سمت راست شکل 3 آمده است .
حالا راه حل مطالعه را محاسبه کنید.
V_B SWEEP، V_C=0.5 V، V_E=0 V
مرحله 1: ثابت
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی محاسبه کلیک کنید .
روی محاسبه کلیک کنید .جریان را در هر پایانه به عنوان تابعی از ولتاژ پایه (V_B) رسم کنید. توجه داشته باشید که جریان هایی که از کنتاکت به نیمه هادی می ریزند دارای علامت مثبت و جریان هایی که از نیمه هادی به یک کنتاکت می ریزند دارای علامت منفی هستند.
نتایج
I_E، I_B و I_C به عنوان تابعی از V_B
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، I_E، I_B و I_C را به عنوان تابعی از V_B در قسمت نوشتار Label تایپ کنید. |
3 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Legend را پیدا کنید . از لیست موقعیت ، پایین سمت چپ را انتخاب کنید . |
جهانی 1
1 | روی I_E، I_B و I_C به عنوان تابعی از V_B کلیک راست کرده و Global را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
نیمه.I0_1 | mA | I_E |
نیمه.I0_2 | mA | I_B |
نیمه.I0_3 | mA | مدار مجتمع |
4 | در نوار ابزار I_E، I_B و I_C به عنوان تابعی از V_B ، روی  Plot کلیک کنید . |
جریان حفظ شده است. برای مشاهده این، نمودار I_B=-I_E-I_C را به نمودار اضافه کنید، که به دلیل قرارداد علامت نرم افزار، با جریان امیتر برابر است با مجموع جریان های پایه و کلکتور.
جهانی 2
1 | در پنجره Model Builder ، روی I_E، I_B و I_C به عنوان تابعی از V_B کلیک راست کرده و Global را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
-semi.I0_1-semi.I0_3 | mA | I_B calc |
4 | برای گسترش بخش Coloring and Style کلیک کنید . زیربخش Line style را پیدا کنید . از لیست Line ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
5 | از لیست Color ، Magenta را انتخاب کنید . |
6 | زیربخش نشانگرهای خط را پیدا کنید . از لیست نشانگر ، چرخه را انتخاب کنید . |
7 | از لیست موقعیت یابی ، Interpolated را انتخاب کنید . |
8 | در قسمت متن شماره ، 30 را تایپ کنید . |
9 | در نوار ابزار I_E، I_B و I_C به عنوان تابعی از V_B ، روی  Plot کلیک کنید . |
I_E، I_B و I_C به عنوان تابعی از V_B
1 | در پنجره Model Builder ، روی I_E، I_B و I_C به عنوان تابعی از V_B کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 1D Plot Group ، قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
3 | چک باکس x-axis label را انتخاب کنید . در قسمت متن مربوطه، Base voltage (V) را تایپ کنید . |
4 | کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، Current (mA) را تایپ کنید . |
5 | در نوار ابزار I_E، I_B و I_C به عنوان تابعی از V_B ، روی  Plot کلیک کنید . |
جریان کلکتور و پایه را به عنوان تابعی از ولتاژ پایه-امیتر رسم کنید. این نوع طرح به عنوان طرح Gummel شناخته می شود و در شخصیت پردازی دستگاه مفید است.
Gummel Plot، I_C و I_B به عنوان تابعی از V_B
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، Gummel Plot، I_C و I_B را به عنوان تابعی از V_B در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
جهانی 1
1 | روی Gummel Plot، I_C و I_B به عنوان تابعی از V_B کلیک راست کرده و Global را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
abs(semi.I0_3) | آ | جریان جمع آوری، I_C |
abs(semi.I0_2) | آ | جریان پایه، I_B |
Gummel Plot، I_C و I_B به عنوان تابعی از V_B
1 | در پنجره Model Builder ، روی Gummel Plot، I_C و I_B به عنوان تابعی از V_B کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، بخش عنوان را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع عنوان ، دستی را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن عنوان ، Gummel Plot را تایپ کنید . |
5 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
6 | چک باکس x-axis label را انتخاب کنید . در قسمت متن مربوطه، Base Voltage (V) را تایپ کنید . |
7 | کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، Current (A) را تایپ کنید . |
8 | قسمت Axis را پیدا کنید . کادر بررسی مقیاس گزارش محور y را انتخاب کنید . |
9 | قسمت Legend را پیدا کنید . از لیست موقعیت ، سمت چپ بالا را انتخاب کنید . |
10 | در Gummel Plot، I_C و I_B به عنوان تابعی از نوار ابزار V_B، روی  Plot کلیک کنید . |
توجه داشته باشید که جریان های بسیار کوچک برای مقادیر کم ولتاژ پایه قابل اعتماد نیستند، این به دلیل تحمل حل کننده و مقدار کم جریان است. داده ها را به محدوده ای که نتایج قابل اعتماد هستند محدود کنید.
11 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست انتخاب پارامتر (V_B) ، دستی را انتخاب کنید . |
12 | در قسمت متنی شاخص‌های پارامتر (1-23) ، محدوده (11،1،23) را تایپ کنید . |
13 | در Gummel Plot، I_C و I_B به عنوان تابعی از نوار ابزار V_B، روی  Plot کلیک کنید . |
یک کمیت مشخصه مفید دیگر منحنی افزایش جریان DC است که نسبت کلکتور به جریان پایه (I_C/I_B) به عنوان تابعی از جریان کلکتور است.
سود فعلی
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، Current Gain را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
جهانی 1
1 | روی Current Gain کلیک راست کرده و Global را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
abs(semi.I0_3/semi.I0_2) | 1 | سود (I_C/I_B) |
4 | قسمت x-Axis Data را پیدا کنید . از لیست Parameter ، Expression را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن Expression ، semi.I0_3 را تایپ کنید . |
سود فعلی
1 | در پنجره Model Builder ، روی Current Gain کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، بخش عنوان را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع عنوان ، دستی را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن عنوان ، Current Gain (I_C/I_B) را تایپ کنید . |
5 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
6 | چک باکس x-axis label را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، Collector Current (A) را تایپ کنید . |
7 | کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، Current Gain را تایپ کنید . |
8 | قسمت Axis را پیدا کنید . کادر بررسی مقیاس گزارش محور x را انتخاب کنید . |
9 | در نوار ابزار Current Gain ، روی  Plot کلیک کنید . |
مانند نمودار قبلی، محدوده داده را محدود کنید تا فقط مقادیر قابل اعتماد را نشان دهد.
10 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست انتخاب پارامتر (V_B) ، دستی را انتخاب کنید . |
11 | در قسمت متنی شاخص‌های پارامتر (1-23) ، محدوده (11،1،23) را تایپ کنید . |
12 | در نوار ابزار Current Gain ، روی  Plot کلیک کنید . |
از ترانزیستورهای دوقطبی می توان برای تنظیم جریان در مدارهای آنالوگ استفاده کرد. در پیکربندی امیتر مشترک، مقاومت موثر بین کلکتور و امیتر را می توان با اعمال جریان به پایه کنترل کرد. این اجازه می دهد تا جریان کلکتور، در یک اختلاف ولتاژ معین بین کلکتور و امیتر، توسط جریان ورودی از مدار حسگر کنترل شود. به این ترتیب، یک جریان کوچک از یک سنسور کم توان اعمال شده به پایه می تواند برای کنترل جریان بزرگتر که از کلکتور خروجی می شود استفاده شود.
جفت مطالعات بعدی جریان کلکتور را به عنوان تابعی از ولتاژ کلکتور هنگامی که جریان 2 uA به پایه اعمال می شود محاسبه می کند. هنگامی که یک جریان به یک مخاطب اعمال می شود، گفته می شود که مشکل جریان محور است. برای محاسبه مشکلات ناشی از جریان در COMSOL، اغلب ایده خوبی است که ابتدا یک مطالعه ولتاژ محور مناسب انجام شود، که در آن فقط ولتاژها به کنتاکت ها اعمال شود تا مقادیر اولیه مناسب برای متغیرهای وابسته تولید شود. در این مورد، این با استفاده از مطالعه ای به دست می آید که ولتاژ پایه را با ولتاژ کلکتور و امیتر هر دو روی 0 ولت تنظیم می کند.
اضافه کردن مطالعه
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study باز شود . |
2 | به پنجره Add Study بروید . |
3 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Stationary را انتخاب کنید . |
4 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study بسته شود . |
مطالعه اولیه
1 | در پنجره Model Builder ، روی Study 2 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، Initialization Study را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . تیک Generate defaults defaults را پاک کنید . |
مرحله 1: ثابت
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Initialization Study روی Step 1: Stationary کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، بخش Physics and Variables Selection را پیدا کنید . |
3 | تیک Modify model configuration for study step را انتخاب کنید . |
4 | در درخت، Component 1 (comp1)> Semiconductor (Semi)> Base Current را انتخاب کنید . |
5 |  روی Disable کلیک کنید . |
6 | در درخت، Component 1 (comp1)> Semiconductor (Semi)>Collector Current را انتخاب کنید . |
7 |  روی Disable کلیک کنید . |
8 | برای گسترش بخش Values of Dependent Variables کلیک کنید . مقادیر اولیه متغیرهای حل شده برای زیربخش را بیابید . از لیست تنظیمات ، کنترل کاربر را انتخاب کنید . |
9 | از لیست روش ، راه حل را انتخاب کنید . |
10 | از لیست مطالعه ، V_B Sweep، V_C=0.5 V، V_E=0 V، Stationary را انتخاب کنید . |
11 | از لیست مقدار پارامتر (V_B (V)) ، 0 V را انتخاب کنید . |
12 | قسمت Study Extensions را پیدا کنید . کادر بررسی جارو کمکی را انتخاب کنید . |
13 |  روی افزودن کلیک کنید . |
14 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
V_C (ولتاژ اعمالی: کلکتور) | 0 | V |
15 |  روی افزودن کلیک کنید . |
16 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
V_B (ولتاژ اعمال شده: پایه) | محدوده (0،0.1،0.7) محدوده (0.72،0.02،0.9) | V |
17 | از لیست نوع Sweep ، همه ترکیبات را انتخاب کنید . |
18 | از راه حل استفاده مجدد از لیست مرحله قبلی ، Auto را انتخاب کنید . |
19 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
به منظور انتخاب مقادیر اولیه مناسب برای مسئله رانده شده فعلی، باید راه حلی با جریان پایه نزدیک به 2 uA انتخاب شود. یک ارزیابی جهانی جریان پایه از مطالعه اولیه، امکان شناسایی چنین راه حلی را فراهم می کند.
نتایج
ارزیابی جهانی 1
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی ارزیابی  جهانی کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ارزیابی جهانی ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از فهرست مجموعه داده ، Initialization Study/Solution 2 (sol2) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Expressions را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
نیمه.I0_2 | μA | جریان ترمینال |
5 |  روی ارزیابی کلیک کنید . |
جدول
1 | به پنجره Table بروید . |
جدول نشان می دهد که ولتاژ پایه V_B = 0.82 V با جریان پایه I_B = 2.8 uA مطابقت دارد که به طور مناسب نزدیک به جریان 2 uA مورد نظر برای مطالعه جریان محور است.
نیمه هادی (نیمه)
جریان پایه
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)> Semiconductor (Semi) روی Base Current کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تماس فلزی ، قسمت ترمینال را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن V init ، 0.82[V] را تایپ کنید . |
اضافه کردن مطالعه
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study باز شود . |
2 | به پنجره Add Study بروید . |
3 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Stationary را انتخاب کنید . |
4 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study بسته شود . |
V_C SWEEP، V_E=0 V، برای I_B=2[UA]
1 | در پنجره Model Builder ، روی Study 3 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، V_C Sweep، V_E=0 V، برای I_B=2[uA] در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . تیک Generate defaults defaults را پاک کنید . |
مرحله 1: ثابت
1 | در پنجره Model Builder ، در زیر V_C Sweep، V_E=0 V، برای I_B=2[uA] روی مرحله 1: Stationary کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، بخش Physics and Variables Selection را پیدا کنید . |
3 | تیک Modify model configuration for study step را انتخاب کنید . |
4 | در درخت، Component 1 (comp1)> Semiconductor (Semi)>Collector Current را انتخاب کنید . |
5 |  روی Disable کلیک کنید . |
6 | قسمت Values of Dependent Variables را پیدا کنید . مقادیر اولیه متغیرهای حل شده برای زیربخش را بیابید . از لیست تنظیمات ، کنترل کاربر را انتخاب کنید . |
7 | از لیست روش ، راه حل را انتخاب کنید . |
8 | از لیست Study ، Initialization Study، Stationary را انتخاب کنید . |
9 | از لیست مقدار پارامتر (V_B (V), V_C (V)) 14 را انتخاب کنید: V_B=0.82 V، V_C=0 V . |
10 | قسمت Study Extensions را پیدا کنید . کادر بررسی جارو کمکی را انتخاب کنید . |
11 |  روی افزودن کلیک کنید . |
12 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
I_B (جریان اعمال شده به داخل: پایه) | 2 [uA] | آ |
13 |  روی افزودن کلیک کنید . |
14 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
V_C (ولتاژ اعمالی: کلکتور) | محدوده (0،0.05،0.2) محدوده (0.3،0.1،1.5) | V |
15 | از لیست نوع Sweep ، همه ترکیبات را انتخاب کنید . |
16 | از لیست Run continuation for ، بدون پارامتر را انتخاب کنید . |
17 | از راه حل استفاده مجدد از لیست مرحله قبلی ، بله را انتخاب کنید . |
18 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
جریان کلکتور را به عنوان تابعی از ولتاژ کلکتور رسم کنید تا منحنی IV را برای جریان پایه اعمالی 2 uA بدست آورید.
نتایج
مشخصه های خروجی ساطع کننده مشترک
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، Common-Emitter Output Characteristics را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، V_C Sweep، V_E=0 V را برای I_B=2[uA]/Solution 3 (sol3) انتخاب کنید . |
جهانی 1
1 | روی Common-Emitter Output Characteristics کلیک راست کرده و Global را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
abs(semi.I0_3) | uA | جریان جمع کننده با I_B=2uA |
4 | در نوار ابزار Common-Emitter Output Characteristics ، روی  Plot کلیک کنید . |
مشخصه های خروجی ساطع کننده مشترک
1 | در پنجره Model Builder ، روی Common-Emitter Output Characteristics کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 1D Plot Group ، قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
3 | چک باکس x-axis label را انتخاب کنید . در قسمت متن مربوطه، Collector Voltage (V) را تایپ کنید . |
4 | کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، Collector Current (uA) را تایپ کنید . |
5 | قسمت عنوان را پیدا کنید . از لیست نوع عنوان ، دستی را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متن عنوان ، جریان جمع کننده را به عنوان تابعی از ولتاژ کلکتور تایپ کنید . |
7 | قسمت Legend را پیدا کنید . تیک Show legends را پاک کنید . |
8 | در نوار ابزار Common-Emitter Output Characteristics ، روی  Plot کلیک کنید . |
در نهایت، چگالی جریان برای هر نوع حامل را می توان با استفاده از یک نمودار فلش سه بعدی تجسم کرد.
چگالی جریان
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 3D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، تراکم جریان را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، V_C Sweep، V_E=0 V را برای I_B=2[uA]/Solution 3 (sol3) انتخاب کنید . |
فلش جلد 1
1 | روی Current Density کلیک راست کرده و Arrow Volume را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حجم پیکان ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن X جزء ، semi.JnX را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متنی جزء Y ، semi.JnY را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متنی مولفه Z ، semi.JnZ را تایپ کنید . |
6 | قسمت تعیین موقعیت پیکان را پیدا کنید . زیربخش X grid points را پیدا کنید . در قسمت متنی Points ، 10 را تایپ کنید . |
7 | زیربخش نقاط شبکه Y را پیدا کنید . در قسمت متنی Points ، 10 را تایپ کنید . |
8 | زیربخش نقاط شبکه Z را پیدا کنید . در قسمت متنی Points ، 10 را تایپ کنید . |
9 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از فهرست طول پیکان ، Logarithmic را انتخاب کنید . |
10 | از لیست رنگ ، سیاه را انتخاب کنید . |
فلش جلد 2
1 | روی فلش جلد 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حجم پیکان ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن X جزء ، semi.JpX را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متنی جزء Y ، semi.JpY را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متنی جزء Z ، semi.JpZ را تایپ کنید . |
6 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از لیست رنگ ، سفید را انتخاب کنید . |
برای کمک به درک جریان جریان در سراسر دستگاه، اضافه کردن یک نمودار برشی از ولتاژ برای برجسته کردن اتصالات پایه امیتر و پایه-کلکتور مفید است.
برش 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Current Density کلیک راست کرده و Slice را انتخاب کنید . |
2 |  روی دکمه Go to Default View در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای Slice ، بخش Plane Data را پیدا کنید . |
4 | از لیست هواپیما ، ZX-planes را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن Planes ، 1 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Expression را پیدا کنید . در قسمت Expression text، V را تایپ کنید . |
7 | در نوار ابزار Current Density ، روی  Plot کلیک کنید . |
برای بررسی عملکرد ترانزیستور دوقطبی می توان مقدار V_C را که برای آن گروه نمودار نهایی ترسیم شده است تغییر داد. برای انجام این کار، بر روی Current Density در Model Builder کلیک کنید، قسمت Data را در پانل گروه نمودار سه بعدی پیدا کنید و مقدار پارامتر مقدار (V_C) را تغییر دهید .
در V_C = 0 V جریان الکترون و حفره به طور هماهنگ از تماس پایه به هر دو کنتاکت کلکتور و امیتر جریان می یابد. این مورد انتظار است، زیرا دستگاه توسط یک جریان پایه هدایت می شود. جریان خالص کلکتور بسیار کم است زیرا جریان الکترون و حفره تقریباً متعادل هستند.
در V_C = 1.5 V دستگاه در رژیم اشباع کار می کند. جریان حفره عمدتاً از پایه به امیتر و جریان الکترونی عمدتاً از کلکتور به امیتر جریان می یابد. این منجر به یک جریان خالص بزرگ در تماس جمع کننده می شود.
