6.4.1 Температурная зависимость параметров биполярных транзисторов

Изменение характеристик транзисторов аналогична изменению характеристик диодов: с ростом температуры увеличивается тепловой потенциал (), следовательно, возрастают токи эмиттера и коллектора.

Параметры полупроводниковых приборов, связанные с удельным сопротивлением, концентрацией, подвижностью и временем жизни носителей меняются при изменении температуры. Это ограничивает температурный диапазон приборов.

Сопротивление базы определяется электропроводностью исходного материала:

(6.55)

где и- проводимость, обусловленная ионизацией атомов основного материала и примеси соответственно, зависимости от температур подвижности и концентраций носителей приводят к тому, что в диапазоне от -60 до + 60^оС сопротивление базы транзисторов сначала возрастает, а затем падает.

Дифференциальное сопротивление эмиттера pnp-транзистора определяется соотношением:

.

(6.56)

то есть линейно растет с увеличением температуры. При величинах тока эмиттера, сравнимых с величиной (обратным током эмиттерного перехода при коротком замыкании цепи база-коллектор) зависимость от температуры падает, поскольку токс ростом температуры увеличивается, что определяется увеличением концентрации неосновных носителей.

Сопротивление коллектора в диапазоне от -50 до + 50 ^оС растет, так как для этого диапазона характерно увеличение подвижности носителей (по механизму рассеяния на ионах примеси).

Коэффициент передачи α с ростом температуры увеличивается, что в первую очередь связано с увеличением диффузионной длины дырок.

Температурная зависимость коэффициента передачи β связана в первую очередь с возрастанием времени жизни неосновных носителей заряда в базе транзистора с ростом температуры. Для большинства биполярных транзисторов коэффициент β увеличивается по степенному закону .

6.5 Работа транзистора в импульсном режиме

Биполярные транзисторы, включенные по схеме с ОЭ, широко используются в качестве ключевого элемента переключающих электронных схем (рис. 6.26) и для усиления импульсных сигналов (рис. 6.27).

При работе в качестве ключа основное назначение транзистора состоит в замыкании и размыкании цепи нагрузки с помощью управляющих входных сигналов. При усилении импульсных сигналов транзистор может работать в режиме малого и большого сигнала.

По аналогии с механическим ключом (контактом) качество транзисторного ключа определяется минимальным падением напряжения на нем в замкнутом состоянии, минимальным током в разомкнутом состоянии, а также скоростью перехода из одного состояния в другое.

Рис. 6.26 Схема использования транзистора в качестве ключа	Рис. 6.27 Области работы транзистора: а - в схеме с ОБ; б - в схеме с ОЭ; I – отсечки; II – активная; III – насыщения; IV – лавинное умножение.

Нагрузка R_н включена в коллекторную цепь, а управляющие импульсы поступают на вход транзистора через сопротивление R_б. В зависимости от сочетания величин и полярности приложенных напряжений рабочая точка транзистора, работающего в ключевом режиме, может находиться в четырех областях: области отсечки I, активной области II, области насыщения III и области лавинного умножения IV. В области I оба перехода заперты (режим отсечки). В области II реализуется режим усиления: эмиттерный переход инжектирует неосновные носители в базу (прямое смещение), а коллекторный переход заперт (обратное смещение). В области III оба перехода оказываются прямо смещенными и инжектируют носители тока в базу. Область IV является областью лавинного умножения.

Если провести на характеристиках линию нагрузки R_н и если U_Б=0 (I_Б=0), то в коллекторе протекает начальный ток I_кэ0 и рабочая точка находится в точке А. Из-за малой величины I_кэ0 можно считать, что коллектор находится под полным напряжением Е_К. Такое состояние ключа называется разомкнутым.

Если увеличить U_Б (I_Б), то рабочая точка перемещается от А по линии R_н в направлении точки К. При некотором значении I_Б рабочая точка совпадает с точкой М. Тогда ток коллектора будет определяться величинами Е_К. и R_н, так как падением напряжения на транзисторе можно пренебречь:. На коллекторе транзистора остается небольшое напряжение, называемое напряжением насыщения. О таком состоянии ключа принято говорить, что транзистороткрыт и насыщен, а ключ замкнут.

Схема простейшего усилительного каскада на транзисторе, включенном по схеме ОЭ, приведена на рис. 6.28.

Рис. 6.28. Усилительный каскад на транзисторе, включенном по схеме ОЭ

Переменное напряжение е_Г воздействует на сквозной поток электронов, движущихся из эмиттера в коллектор. В результате этого воздействия коллекторный ток приобретает переменную составляющую i_К, которая благодаря очень высокой эффективности управления может быть значительной даже при очень маленькой величине е_Г. При протекании тока коллектора через нагрузочный резистор на нем выделяется напряжение, также имеющее переменную составляющую u_вых=i_КR_н. Это выходное переменное напряжение при достаточно большом сопротивлении R_н может значительно превосходить величину входного переменного напряжения u_вх: , где- эквивалентное сопротивление, определяемое параллельным включением выходного сопротивления транзистора иR_К.