3.7. Зависимость параметров от режима и температуры

Зависимость от режима. Параметры транзистора зависят от рабочей точки. Величинами, определяющими режим, считаются ток и напряжение . Посмотрим, как меняются параметры транзистора в зависимости от этих величин.

Коэффициент передачи тока зависит от напряжения из-за модуляции толщины базы. Чем больше (по модулю) коллекторное напряжение, тем уже база и тем ближе к единице коэффициент переноса дырок. Следовательно, коэффициент увеличивается с ростом . Поскольку относительные изменения невелики и их трудно отобразить на графике, на рис. 3-19,а показана кривая , которая гораздо ярче иллюстрирует эти изменения, сохраняя качественный характер зависимостей. Зависимость от тока эмиттера (рис. 3-19,б) обусловлена главным образом изменением коэффициента инжекции : с увеличением тока модулируется (уменьшается) сопротивление базы и уменьшается коэффициент . Соответствующий спад коэффициента является важным фактором, ограничивающим максимальный рабочий ток транзистора. Уменьшение коэффициента в области малых токов объясняется двумя причинами. Во-первых, уменьшается эквивалентный коэффициент диффузии. Во-вторых, возрастает роль тока рекомбинации в области эмиттерного перехода. Поскольку этот ток обусловлен уходом электронов из базы, общий коэффициент инжекции соответственно уменьшается.

Первая причина , свойственная всем бездрейфовым транзисторам, приводит к уменьшению всего на несколько процентов. Вторая причина, характерная для кремниевых транзисторов , может привести к уменьшению в 2 раза и больше (при этом величина может уменьшиться в десятки раз).

В настоящее время, особенно в связи с разработкой маломощных интегральных схем, поведение транзисторов в области малых токов и напряжения привлекает особое внимание.

В области микротоков можно принять , а величину (рис. 3-19), которая более наглядно характеризует изменения , представить в виде

,

где , - время жизни носителей.

Приведенные соображения подтверждают и конкретизируют спад с уменьшением тока, а также иллюстрируют зависимость этого спада от ряда факторов. В первую очередь следует отметить прямую зависимость от времени жизни и тем самым от свойств и состояния поверхности в области перехода. Спад коэффициента передачи в области больших и малых токов приводит к наличию максимума на кривой , который имеет место при некотором небольшом токе. Этот ток обычно близок к рекомендуемому в качестве номинального.

Коэффициент обратной связи обратно пропорционален и не зависит от тока .

Объемное сопротивление базы г₆ модулируется при больших токах эмиттера. Эта модуляция имеет место в первую очередь в активной области базы. Поэтому с ростом тока сопротивление активной области играет все меньшую роль и суммарная величина г₆ все больше определяется пассивными областями.

Время жизни с увеличением уровня инжекции (т. е. тока ) меняется по-разному в зависимости от удельного сопротивления базы. Влияние коллекторного напряжения на время жизни практически отсутствует.

Время диффузии и пропорциональная ему постоянная времени зависят от тока в той мере, в какой коэффициент диффузии зависит от уровня инжекции. Практически в области больших токов наблюдается некоторое увеличение времени . Коллекторное напряжение влияет на параметры и благодаря модуляции толщины базы. А именно с ростом толщина уменьшается, что уменьшает параметры и иногда на десятки процентов (если база достаточно тонка). Граничная частота соответственно возрастает.

Что касается барьерных емкостей, то их зависимость от режима определяется формулами (2 82)

Зависимость от температуры. Параметры транзистора зависят от температуры даже при неизменной рабочей точке.

Коэффициент передачи зависит от температуры через параметры и (величину можно считать постоянной, так как слой эмиттера является полуметаллом). Из этих параметров главную роль играет время жизни, которое существенно возрастает с температурой. Поэтому коэффициент растет при нагреве транзистора и уменьшается при его охлаждении. На рис. 3-20 для большей ясности показана температурная зависимость величины .

Сопротивление эмиттерного перехода , линейно зависит от температуры через параметр . Легко показать, что значение меняется приблизительно на 0,33%/°С.

Сопротивление коллекторного перехода зависит от температуры в основном через диффузионную длину L (т. е. через время жизни) и должно увеличиваться при нагреве транзистора. Такое увеличение действительно наблюдается в области отрицательных температур, но в районе комнатной температуры (а иногда и раньше) оно сменяется спадом и кривая имеет максимум. Уменьшение при повышенных температурах объясняется влиянием утечек.

Коэффициент обратной связи зависит от температуры через параметр , т. е. линейно, как и сопротивление .

Объемное сопротивление базы меняется с температурой постольку, поскольку меняется удельное сопротивление. Зависимость в общем случае, как известно, нелинейна; во многом она зависит от концентрации примесей в базовом слое. В случае относительно низкоомной базы, что характерно для кремниевых транзисторов, сопротивление монотонно возрастает в рабочем диапазоне температур. В случае германиевых транзисторов база нередко бывает относительно высокоомной; тогда сопротивление имеет максимум при температуре 20—70° С (рис. 3-20), после чего уменьшается, поскольку примесный полупроводник постепенно превращается в собственный.

Время жизни , как уже отмечалось, увеличивается с ростом температуры, особенно тогда, когда сопротивление базы приближается к собственному. Поэтому такая зависимость сильнее выражена у германиевых транзисторов.

Время диффузии и постоянная времени зависят от температуры через коэффициент диффузии и поэтому должны несколько увеличиваться при нагреве транзистора. Поскольку эта зависимость имеет вид , она обычно не играет практической роли.

Для германиевых транзисторов важное значение имеет температурная зависимость теплового тока коллектора . Будучи очень небольшим, при комнатной температуре (0,1—0,5% режимного тока ), он сильно возрастает при нагреве транзистора, а это, как видно из рис. 3-11,а, смещает все кривые коллекторного семейства характеристик. В результате получается косвенная температурная зависимость параметров. Функцию нет необходимости рассматривать подробно, так как она проанализирована раньше применительно к тепловому току диода.

Полная аналогия с диодами имеет место в отношении температурной зависимости напряжения на эмиттерном переходе при заданном токе . Напомним, что зависимость эта почти линейна (при низких уровнях инжекции) и характеризуется отрицательной чувствительностью, близкой к 2 мВ/°С для обоих типов транзисторов — кремниевых и германиевых.