Твердотельная електроника / TTE_Lect1

Рисунок 7.11 – Статичні вхідні характеристики БТ зі спільним емітером

При UКЕ =0 обидва p n переходи транзистора ввімкнено в

прямому напрямі (рисунок 7.12), і вхідна характеристика є прямою гілкою ВАХ двох паралельно ввімкнених переходів.

Рисунок 7.12 – БТ зі спільним емітером при UКЕ =0

При UКЕ <0 КП вмикається у зворотному напрямі, і в колі бази проходить струм

починає зростати струм IE , а разом з ним – рекомбінаційна складова

81

характеристик БТ зі спільним емітером у довіднику області негативних струмів бази не зображають.

Вихідні характеристики

Це залежності IK f (UKE / IБ ) const (рисунок 7.13).

Рисунок 7.13 – Статичні вихідні характеристики БТ зі спільним емітером

Межею між РВ та АР є характеристика, що знята при струмі бази IБ < - I КБ0 . Це зумовлено особливостями вхідних характеристик

схеми зі спільним емітером, тобто тим, що IБ <- I КБ0 лише при

82

Зміщення характеристик у бік більших струмів колектора зумовлене характером залежності h21E f (IБ ) (рисунок 7.14).

Рисунок 7.14 – Залежність h21E f (IБ )

Характер проходження вихідної характеристики БТ при фіксованому струмі бази IБ 0 проявляється наступним чином. При

UКЕ =0 за рахунок того, що потенціал бази нижчий, ніж однакові

потенціали емітера і колектора, ЕП і КП увімкнено в прямому напрямі, і БТ перебуває в РН. Тепер, якщо збільшувати негативний потенціал на

колекторі (UКЕ <0), потенціальний бар’єр КП збільшується, інжекційна

складова колекторного струму спадає, а керований струм колектора за рахунок зростаючої екстракції дірок з бази до колектора збільшується.

транзистор переходить до АР, зростання колекторного струму сповільнюється, що на характеристиках рисунка 7.13 відповідає початку пологої ділянки. Важливим є те, що нахил вихідних характеристик БТ зі спільним емітером на пологій ділянці більший за нахил відповідних

83

характеристик БТ зі спільною базою, тобто у ССЕ струм IК зростає

при збільшенні колекторної напруги швидше, ніж у ССБ. Це зумовлено двома причинами.

1 Напруга UКЕ , на відміну від вихідної напруги UКБ у ССБ,

збільшення емітерного IЕ , а отже, і колекторного IК струмів.

2 Зростання негативної напруги UКЕ приводить до збільшення

товщини КП і зменшення активної ширини бази . Це приводить до зменшення рекомбінаційного струму бази, бо зменшується ймовірність рекомбінації дірок з електронами. Однак при одержанні вихідних характеристик БТ зі спільним емітером потрібно підтримувати струм

струму бази можна компенсувати збільшенням струму емітера IЕ (за рахунок збільшення напруги UБЕ ). А ця обставина викликає додаткове зростання колекторного струму IК .

7.1.3 Статичні характеристики біполярного транзистора у схемі зі спільним колектором

Рисунок 7.15 – Статичні вхідні характеристики БТ зі спільним колектором

84

вихідних характеристик схеми зі спільним емітером, тому що IЕ IK ,

аUЕK UKE .

7.1.4Вплив температури на статичні характеристики транзисторів

Температурна залежність вихідних або вхідних характеристик зумовлена зміною відповідно колекторного або емітерного струму при зміні температури.

Схема зі спільною базою У ССБ, згідно з рівнянням (6.10), зміна колекторного струму

при постійному струмі емітера

dIK IEdh21Б dhKБ0 .

Відносна зміна струму колектора

характеристик. Другий додаток у формулі (7.39) визначає температурний дрейф характеристик, викликаний температурною

де IКБ0 (T1) - зворотний струм при температурі T1 ;

IКБ0 (T2 ) - зворотний струм при температурі T2 ;

85

a 0.09 1K для германію; a 0.13 1K для кремнію.

У розрахунковій практиці вважається, що величина I КБ0

подвоюється при зростанні температури на 10 С для германієвих БТ і

на 8 С для кремнієвих БТ. Але вплив другого додатка формули (7.6) на температурний дрейф вихідних характеристик є незначним, оскільки

для більшості транзисторів I КБ0 / IК 10 3 10 6 .

Саме тому температурні зміни вихідних характеристик БТ зі спільною базою невеликі (рисунок 7.16).

Рисунок 7.16 – Температурний дрейф вихідних характеристик БТ зі спільною базою

Значно більшої температурної зміни зазнають вхідні характеристики.

де I EБ0 - зворотний струм емітера, залежність якого від температури така сама, як і струму I КБ0 .

Унаслідок цього залежність емітерного струму від температури набуває вигляду

Тому збільшення температури супроводжується зростанням струму емітера і зміщенням вхідних характеристик у бік більших струмів (рисунок 7.17). Як правило, вважають, що при зміні температури на один градус характеристики зміщуються вліво на 1-2 мВ.

Рисунок 7.17 – Температурний дрейф вхідних характеристик БТ зі спільною базою

Схема зі спільним емітером Температурний дрейф вихідних характеристик БТ зі спільним

емітером в (1 h21E ) разів більший, ніж у ССБ. Це істотний недолік схеми зі спільним емітером (рисунок 7.18).

Рисунок 7.18 – Вплив температури на вихідні характеристики БТ зі спільним емітером

87

Вхідні характеристики БТ у ССЕ також зазнають змін при зміні температури (рисунок 7.21). Збільшення температури викликає

зростання струмів IКБ0 та IБрек , які спрямовані у колі бази назустріч один одному. Тому вхідні характеристики, зняті при різних температурах, перетинаються при малих струмах бази (т. IБ0 на рисунку 7.19).

Рисунок 7.19 – Вплив температури на вхідні характеристики БТ зі спільним емітером

Робочий діапазон температур БТ

З підвищенням температури збільшується число генеруючих пар електрон – дірка. Внаслідок зростання концентрації носіїв заряду електропровідність областей пристрою збільшується і його нормальна робота порушується.

Максимальна робоча температура германієвих БТ має діапазон від + 70 град. до +100 град. У кремнієвих БТ внаслідок більшої ширини забороненої зони , максимальна робоча температура має діапазон від +125 град. до + 200 град. Нижня межа температури відзначається термостійкістю корпусу і допустимою зміною параметрів, тому її величина становить від -60 град. до -70 град.

Необхідно мати на увазі те, що зміна температури транзистора в межах робочого діапазону також відображається на його робочих властивостях, що може викликати температурну нестабільність параметрів транзисторної апаратури. Тому при проектуванні та експлуатації варто враховувати вплив температури на характеристики і параметри транзисторів.

88

ЛЕКЦІЯ 8

ПАРАМЕТРИ БІПОЛЯРНИХ ТРАНЗИСТОРІВ

8.1Граничні режими транзистора. Робочий діапазон температур

При кімнатній температурі іонізовані всі атоми домішок і невелика частина атомів основної речовини НП (чистого НП). Завдяки цьому в емітерній, колекторній і базовій областях БТ забезпечуються потрібні концентрації основних і неосновних носіїв. З підвищенням температури навколишнього середовища або при нагріванні транзистора струмами зростає число генерованих пар електрон-дірка. Внаслідок зростання концентрації носіїв електропровідність областей приладу збільшується, і його нормальна робота порушується. Практика доводить, що максимальна робоча температура германієвих БТ лежить

у межах від +70 до +100 С. У кремнієвих транзисторів унаслідок більшої ширини забороненої зони енергія, необхідна для іонізації атомів основної речовини, виявляється більшою, ніж у германієвих, і тому максимальна робоча температура кремнієвих приладів може

становити від +125 до +200 С.

Мінімальна робоча температура ЕТ визначається енергією іонізації домішкових атомів та їх концентрацією. Звичайно ця енергія невелика (0,05-0,1 еВ), із цієї точки зору БТ може працювати при

мінімальній температурі -200 С. Але фактична нижня межа температури обмежується термостійкістю корпусу і допустимими змінами параметрів, тому її величина становить, як правило, від –60 до - 70 С.

8.1.1 Пробої транзистора

1.Тепловий пробій. При порушенні теплового балансу, коли внаслідок недостатнього тепловідведення приріст потужності, що підводиться до КП, не компенсується відповідним приростом потужності, що відводиться, в БТ. Він супроводжується необмеженим зростанням температури переходу, збільшенням колекторного струму і потужності, що підводиться, і, як наслідок, перегрівом приладу і його псуванням.

Величина напруги, яка не приводить до теплового пробою БТ, визначають за формулою. [2]

89

де Тmax - максимально допустима температура КП;

T0 - температура навколишнього середовища;

RT - тепловий пробій опір тепловідведення (корпусу, радіатора тощо).

Таким чином, допустима напруга UКБТ тим менша, чим більші струм IКБ0 , тепловий опір і температура навколишнього середовища.

При незадовільному тепловідведенні і високій температурі середовища напруга теплового пробою може стати меншою за робочу напругу транзистора. Особливо небезпечним є тепловий пробій для потужних

БТ, які мають значний зворотний струм колектора IКБ0 .

2 Електричний пробій. Оскільки переходи БТ взаємодіють між собою, то величина пробивної напруги залежить від режиму його використання. Зупинимося на прикладі схеми зі спільним емітером.

( IE 0) (рисунок 8.1,а).

Зауважимо, що цей приклад цілком аналогічний до схеми зі спільною базою при IE 0. Коефіцієнт множення колекторного струму у БТ при IE 0

90