5.3.3. Влияние температуры на статические характеристики бт

Влияние температуры на положение входной характеристики схемы с ОБ при поддержании неизменным ее параметра анало­гично ее влиянию на ВАХ полупроводникового диода. В нормаль­ном активном режиме ток эмиттерного перехода можно предста­вить формулой

I_Э ≈ I_ЭО(expU_ЭБ/φ_T – 1)

Сростом температуры тепловой токI_ЭО растет быстрее, чем убывает экспонента из-за увеличения φ_Т = kT/q (см. § 3.4). В резуль­тате противоположного влияния двух факторов входные характери­стики схемы с ОБ смещаются влево при выбранном токе I_Э на величину ∆U ≈ -(1..2) мВ/°С (рис. 5.15,a).

Начало входной характеристики в схеме с ОЭ определяется теп­ловым током коллекторного переходаI_КБО. который сильно зависит от температуры, так что начало характеристики при увеличении тем­пературы опускается (рис. 5.15,б).

Влияние температуры на выходные характеристики схем с ОБ и ОЭ в НАР удобно анализировать по формулам (5.11) и (5.22):

I_K = α I_Э + I_КБ0 и

Снятие выходных характеристик при различных температурах должно проводиться при поддержании постоянства параметров (I_Э = const в схеме с ОБ и I_Б = const в схеме с ОЭ). Поэтому в схеме с ОБ при α = const рост I_К будет определяться только увеличением I_КБО при повышении температуры. Однако обычно I_КБО значительно меньше αI_Э, изменение I_К составляет проценты и его можно не учи­тывать (рис. 5.16,а). В схеме с ОЭ положение иное. Здесь парамет­ром является I_Б и его надо поддерживать неизменным при измене­нии температуры. Будем считать в первом приближении, что коэф­фициент передачи β не зависит от температуры. Постоянство βI_Б оз­начает, что температурная зависимость I_К будет определяться сла­гаемым (β + 1)I_КБО. Ток I_КБО (как тепловой ток перехода) примерно удваивается при увеличении температуры на 10°C, и при β >> 1 прирост тока (β+1)I_КБО может оказаться сравнимым с исходным значе­нием коллекторного тока и даже превысить его.

На рис. 5.16,б показано большое смещение выходных характе­ристик вверх. Сильное влияние температуры на выходные характе­ристики в схеме с ОЭ может привести к потере работоспособности конкретных устройств, если не принять схемотехнические меры для стабилизации тока или термостатирование.

5.4. Дифференциальные параметры биполярного транзистора в статическом режиме

Статические характеристики и их семейства наглядно связывают постоянные то­ки электродов с постоянными напряжениями на них: Однако часто возникает задача установить количественные связи между небольшими изменениями (дифференциа­лами) этих величин от их исходных значений. Эти связи характеризуют коэффициен­тами пропорциональности – дифференциальными параметрами.

При рассмотрении статических характеристик мы попутно ввели определе­ния и названия h-параметрам, которые можно найти по этим характеристикам (коэффициент передачи входного тока h₂₁, коэффициент обратной передачи h₁₂, выходная проводимость h₂₂ и входное сопротивление h₁₁). Названия и обозначе­ния этих параметров взяты из теории четырехполюсников для переменного тока. Приращения статических величин в нашем случав имитируют переменные токи и напряжения.

Рассмотрим процедуру введения дифференциальных параметров БТ на приме­ре наиболее распространенных h-параметров, приводимых в справочниках по тран­зисторам. Для введения этой системы параметров в качестве независимых перемен­ных при описании статического режима берут входной ток I_ВХ (I_Э или I_Б) и выходное на­пряжение U_ВЫХ (U_КБ или U_КЭ):

U_ВХ = f₁(I_ВХ,U_ВЫХ) (5.49)

I_ВЫХ = f₂(I_ВХ,U_ВЫХ)

В этом случае полные дифференциалы:

dU_ВХ = (∂f₁/∂I_ВХ)dI_ВХ + (∂f₁/∂U_ВЫХ)dU_ВЫХ (5.50)

dI_ВЫХ = (∂f₂/∂I_ВХ)dI_ВХ + (∂f₂/∂U_ВЫХ)dU_ВЫХ

Частные производные в выражениях (5.50) и являются дифференциальными h-параметрами, т.е.

dU_ВХ = h₁₁dI_ВХ + h₁₂dU_ВЫХ (5.51)

dI_ВЫХ = h₂₁dI_ВХ + h₂₂dU_ВЫХ

Для схемы с общей базой

dU_ЭБ = h_11БdI_Э + h_12БdU_КБ (5.52)

dI_К = h_21БdI_Э + h_22БdU_КБ

Эти уравнения устанавливают и способ нахождения по статическим характеристикам, и метод измерения h-параметров. Полагая dU_КБ = 0, т.е. U_КБ = const, можно найти h_11Б и h_21Б, а считая dI_Э = 0, т.е. I_Э = const, определить h_12Б и h_22Б.

Аналогично для схемы с общим эмиттером можно переписать (5.51) в виде

dU_БЭ = h_11ЭdI_Б + h_12ЭdU_КЭ (5.53)

dI_К = h_21ЭdI_Б + h_22ЭdU_КЭ

Связь h-параметров со статическими характеристиками схем с ОБ и ОЭ и их физический смысл рассмотрены в § 5.3.

Кроме системы h-параметров широко используются система y-параметров и система z-параметров. В системе y-параметров за независимые переменные взяты напряжения, а токи являются их функциями. Потому вместо (5.49) следует писать

I_ВХ = f₁(U_ВХ,U_ВЫХ) (5.54)

I_ВЫХ = f₂(U_ВХ,U_ВЫХ)

В этом случае, повторяя прежние операции, получаем выражения

dI_ВХ = (∂f₁/∂U_ВХ)dU_ВХ + (∂f₁/∂U_ВЫХ)dU_ВЫХ

dI_ВЫХ = (∂f₂/∂U_ВХ)dU_ВХ + (∂f₂/∂U_ВЫХ)dU_ВЫХ

Заменяя частные производные последовательно на у₁₁, у₁₂, у₂₁, у₂₂, получим

dI_ВХ = y₁₁dU_ВХ + y₁₂dU_ВЫХ (5.55)

dI_ВЫХ = y₂₁dU_ВХ + y₂₂dU_ВЫХ

В системе z-параметров независимыми переменными являются и, а функциями – и. Очевидно, что

dU_ВХ = z₁₁dI_ВХ + z₁₂dI_ВЫХ (5.56)

dU_ВЫХ = z₂₁dI_ВХ + z₂₂dI_ВЫХ

На сверхвысоких частотах применяется система s-параметров, в которой используются волновые параметры линий передачи [28]; но здесь мы на ней не будем останавливаться.

В любой схеме включения транзистора (ОБ, ОЭ) от значений в одной системе параметров можно перейти к значениям в другой системе. Пересчетные формулы приводятся в справочниках и в учебной литературе, например в [11]. Кроме того, возможен пересчет параметров любой системы для выбранной схемы включения в такую же систему параметров другой схемы включения транзистора, например переход от h-параметров схемы с ОБ к h-параметрам в схеме с ОЭ.