Влияние температуры на характеристики и параметры транзисторов.

Повышение температуры транзистора вызывает отрыв электронов от атомов кристалла и переход их в зону проводимости. В следствии этого, в каждом полупроводниковом материале с N- или P- проводимостью транзистора увеличивается как количество, так и подвижность неосновных носителей тока. Количество основных носителей зависит от концентрации примеси, а температура влияет на их подвижность.

При повышении температуры большее число основных носителей поступает в зону проводимости и увеличивается прямой ток через эмиттерный переход, что приводит к сдвигу характеристик относительно характеристик нормального температурного режима (+20⁰С). Особенно заметен рост обратного коллекторного тока Iко*, создаваемого неосновными носителями тока, число которых с повышением температуры увеличивается. Таким образом, коллекторный ток Iк при повышении температуры увеличивается как за счет обратного тока Iко*, так и тока I_Э, поступающего через эмиттерный переход.

Увеличение тока Iк приводит к смещению выходных характеристик в область больших значений тока. При этом, смещение выходных характеристик в схеме с ОЭ больше, чем в схеме с ОБ.

Изменение собственной проводимости при повышении температуры приводит к изменению характеристик и рабочих параметров транзистора. Во избежание этого в транзисторные схемы вводят соответствующие компенсирующие элементы.

Теплостойкость транзистора характеризуется максимальной рассеивающей мощностью Pк.мах, представляющее собой предельно допустимое значение мощности, рассеиваемой на коллекторе, при которой его температура не превосходит допустимых пределов. Эта мощность определяется на коллекторе потому, что сопротивление коллекторного перехода значительно больше сопротивления эмиттерного перехода. Величина Рк.мах зависит от максимально допустимой температуры коллекторного перехода tк.мах, температуры окружающей среды tокр и общего числового сопротивления Rt между коллекторным переходом и окружающей средой.

Рк.мах=(tк.мах-tокр)/Rt

Из этого равенства видно, что для повышения мощности рассеивания необходимо:

• выполнять коллекторный переход из материала с высокой допустимой температурой (например, кремния с tк.мах=150…170⁰С);

• уменьшать Rt за счет применения материалов с высокой теплопроводностью для изготовления корпуса;

• применять радиаторы для увеличения поверхности охлаждения.

Значение Рк.мах дается в справочниках и наносится гиперболической кривой на семейство статических выходных характеристик транзистора.

Динамические характеристики транзистора.

Режим работы транзистора, при котором во входную цепь включен источник напряжения сигнала, а выходную- сопротивление нагрузки, называют динамическим.

Динамическая характеристика транзистора представляет собой график изменения тока коллектора от напряжения коллектора в зависимости от тока во входной цепи.

Динамическая выходная характеристика строится по семейству выходных статических характеристик и служит для определения коэффициента усиления по току.

Для этого в семействе выходных статических характеристик транзистора, согласно уравнению Uк=Ек-IкRн определяют две крайние точки на осях координат, которые соединяют прямой. При Uк=0 ток коллектора Iк=Ек/Rн (точка А), а при Iк=0 имеем Uк=Ек (точка В). Прямая АВ, являющаяся геометрическим местом точек семейства статических выходных характеристик при заданных значениях Ек и Rн, представляет динамическую выходную характеристику. Чтобы обеспечить неискаженное усиление входного сигнала, исходную рабочую точку О (точку покоя), около которой происходят колебания, выбирают примерно в середине рабочего участка динамической характеристики, то есть при Uк_о0.5Ек, где изменение тока коллектора прямо пропорционально изменению тока базы. Точка покоя характеризуется напряжением на коллекторе Uк₀ и током базы Iб₀, которым соответствует ток покоя коллектора Iк₀. По динамической характеристике определяют амплитудное значение переменного тока Iк_мах и переменного напряжения Uк_мах в зависимости от переменной составляющей тока базы с амплитудой Iб_мах изменяющейся от Iб_мin до Iб_мах в режиме неискаженного сигнала. Мощность отдаваемая транзистором в нагрузку, при синусоидальном напряжении сигнала равна:

Рк=0.5IкмахUкмах

Среднее значение динамического коэффициента усиления по току:

Кi=2Iкмах/(Iбмах-Iбмin)

Динамическая входная характеристика транзистора строится по семейству входных характеристик и служит для определения коэффициента усиления по напряжению и мощности.

Построение динамической входной характеристики выполняют следующим образом. В семействе выходных характеристик отмечают точки 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 пересечения выходной динамической характеристики с характеристиками Iк=f(Uк) при Iб=const и определяют их координаты, которыми являются Uк и Iб. Например, для точки 6 координатами будут Uк_мin и Iб_min=I_{Б 6}. По этим координатам в семействе входных характеристик наносят точки 1’, 2’, 3’, 4’ и т.д. Нанесенные точки соединяют плавной кривой и получают динамическую входную характеристику, которая имеет нелинейный вид. Нелинейность характеристики может служить одной из причин искажения сигнала, если даже по выходным характеристикам режим выбран правильно. Искажения можно снизить уменьшением амплитуды тока базы Iб_мах.

Динамическая характеристика позволяет определить амплитуду переменного напряжения сигнала на входе: Uвх=Uб_мах, по которой определяют входную мощность синусоидального сигнала:

Рвх=0.5Iб_махUб_мах.

Среднее значение коэффициента усиления по напряжению:

Кu=2Uк_мах/(2Uб_мах)=Uк_мах/(Uб_мах).

Коэффициент усиления по мощности:

.

Транзистор обеспечивает надежность работы устройства, если имеется запас по коллекторным токам и напряжениям и мощности рассеивания, которые указаны в паспорте.