Отличия реального и идеализированного БТ. Эффект Эрли (модуляции ширины базы). Выходные ВАХ реального транзистора

Если из схемы на рис. 11,а исключить последовательные со­противления областей Rээ', R_ББ', R_KK', то получится основная (простейшая) модель Эберса-Молла (рис.12). В этой модели напряжения на дио­дах равны напряжениям внешних источников питания.

Рисунок 12 – Эквивалентная схема идеализированного транзистора

В усложненных моделях кроме сопротивлений областей для повышения точности модели следует учитывать эффект Эрли. В реальном БТ изменение напряжений на переходах U_ЭБ и U_КБ вызывает изменение толщины обедненных слоев перехода и сме­щение границ базовой области, т.е. изменение ширины базовой области. Особеннозаметноизменение ширины базы при подаче обратных напряжений на пере­ходы. В нормальном активном режиме, когда на эмиттерном перехо­де прямое напряжение, а на коллекторном обратное и сравнительно большое по величине, толщина коллекторного перехода значитель­но больше, чем эмиттерного, и влиянием смещения границы эмиттерного перехода можно пренебречь. Поэтому увеличение (по моду­лю) обратного напряжения U_КБ будет приводить к расширению коллекторного перехода и сужению базовой области.

К каким же последствиям может привести эффект Эрли? Для оп­ределенности рассмотрим увеличение обратного напряжения U_КБ, приводящее к уменьшению ширины базовой области W_Б.

1. Уменьшение W_Б вызовет рост градиента концентрации неос­новных носителей в базе и, следовательно, рост тока эмиттера. На рис. 13 увеличение модуля |U_КБ| от |U_КБ1| до |U_КБ2| при постоянном (заданном) напряжении U_ЭБ соответствует переходу от распределе­ния 1 к распределению 2. Так как θ_Э2 > θ_Э1 (увеличение градиента), то I_Э2 > I_Э1.

2. В ряде случаев при изменении U_КБ требуется сохранить ток эмиттера. Чтобы вернуть I_Э от значения I_Э2 к значению I_Э1, необходимо уменьшить напряжение на эмиттерном переходе до зна­чения, при котором градиент вернется к исходному значению (θ_Э3 = θ_Э1), а распределение изобразится прямой 3 (A'C), параллель­ной прямой АБ.

3. Уменьшение W_Б приведет также к росту коэффициента пере­носа æ_Б в базе. В случае поддержания постоянства тока эмиттера это будет сопровождаться уменьшением тока базы I_Б. Однако мож­но доказать, что I_Б также уменьшится, но в меньшей мере, если I_Э не возвратится к исходному значению.

4. Увеличение коэффициента переноса при уменьшении W_Б оз­начает некоторый рост статических коэффициентов передачи α и β.

5. Рост α и I_Э при уменьшении W_Б приведет к увеличению колле­кторного тока: I_К = α I_Э + I_КБО. Так как α ≈ 1 и его рост относи­тельно мал, даже если он достигнет предельного значения (α = 1), то основное влияние окажет рост I_Э.

6. В ряде случаев требуется при уменьшении ширины базы из-за эффекта Эрли сохранять неизменным ток базы. Для компенсации произошедшего уменьшения I_Б необходимо дополнительно увели­чить I_Э (т.е. общий поток инжектированных в базу носителей) в соот­ветствии с формулой:

I_Б = (1–α)I_Э –I_КБ0

Для учета этого эффекта, приводящего к появлению наклона выходных характеристик в нормальном активном режи­ме, можно между точками К' и Э' включить зависимый генератор тока (U_К'Э'/U_А)I'_Э, где U_А – параметр, называемый напряжением Эрли. Чем меньше выходная характеристика отклоняется от гори­зонтальной прямой, тем больше напряжение U_А. Иногда вместо генератора тока включают резистор, сопротивление которого оп­ределяется наклоном выходной характеристики.

Дальнейшее уточнение модели может быть достигнуто вве­дением, параметров, учитывающих зависимость коэффициен­тов передачи токов α_N, α_I от величины выходного тока и темпе­ратуры. Однако уточнения модели приводят к увеличению чис­ла параметров, используемых для описания модели. На рисунке 14 изображены выходные ВАХ реального транзистора, учитывающие пробой p-n перехода.

Рисунок 14 - Выходные ВАХ реального транзистора с ОБ