Русская Википедия:Эффект Эрли
Эффе́кт Э́рли (эффект модуляции ширины базы при изменении коллекторного напряжения[1]) — влияние обратного напряжения на коллекторном переходе биполярного транзистора, работающего в активном линейном режиме на токи биполярного транзистора.
Учёт этого эффекта уточняет модель работы биполярного транзистора, и не позволяет рассматривать последний в виде идеального источника тока.
Объяснение эффекта
Этот эффект проявляется в зависимости выходного дифференциального сопротивления каскада с общим эмиттером от напряжения <math>V_{CB}</math> в активном режиме работы транзистора, также при увеличении <math>V_{CB}</math> увеличивается коэффициент передачи тока базы.
Механизм возникновения этой зависимости следующий. При увеличении <math>V_{CE}</math> коллекторный переход более сильно смещается в сторону запирания и при этом расширяется обеднённая зона коллекторного перехода за счёт уменьшения толщины базового слоя как показано на рисунке. Изменение напряжения на базе <math>V_{BE}</math> относительно эмиттера (в прямосмещённом p-n переходе) при изменении управляющего тока незначительно изменяет ширину обеднённого слоя эмиттерного перехода и этим изменением можно пренебречь.
При сужении ширины базового слоя, вызванного увеличением (по модулю) <math>V_{CB}</math> возрастает выходной ток коллектора, что обусловлено
- снижением вероятности рекомбинации в суженном базовом слое;
- увеличением градиента плотности объёмного заряда в базовом слое и, следовательно, ростом инжекции носителей заряда из эмиттера в базо-коллекторный переход.
Второй фактор увеличения тока коллектора называют эффектом Эрли.
Физическая модель биполярного транзистора с учётом эффекта Эрли
В этой уточнённой физической модели коллекторный ток <math>I_\mathrm{C}</math> можно записать как[2][3]:
- <math>I_\mathrm{C} = I_\mathrm{S} e^{\frac{V_\mathrm{BE}}{V_\mathrm{T}}} \left(1 + \frac{V_\mathrm{CE}}{V_\mathrm{A}}\right),</math>
- где <math>I_\mathrm{S}</math> — ток насыщения обратно смещённого коллекторного перехода;
- <math>V_\mathrm{CE}</math> — напряжение коллектор-эмиттер;
- <math>V_\mathrm{T}</math> — температурный потенциал, <math>V_\mathrm{T} = \mathrm{kT/q},~</math> <math>\mathrm{k}</math> — постоянная Больцмана, <math>\mathrm{T}</math> — абсолютная температура, <math>\mathrm{q}</math> — элементарный заряд, при комнатной температуре <math>V_\mathrm{T} \approx 23</math> мВ;
- <math>V_\mathrm{A}</math> — напряжение Эрли, равное напряжению в точке пересечения линейно-экстраполированных коллекторных вольт-амперных характеристик области активного режима с осью напряжений графика, величина этого напряжения изменяется от 15 до 150 В, причем оно меньше для транзисторов меньших размеров (см. рисунок);
- <math>V_\mathrm{BE}</math> — напряжение база-эмиттер.
Малосигнальный коэффициент передачи тока базы в ток коллектора <math>\beta_\mathrm{F}</math> в этой модели:
- <math>\beta_\mathrm{F} = \beta_\mathrm{F0} \left(1 + \frac{V_\mathrm{CE}}{V_\mathrm{A}}\right),</math>
- где <math>\beta_\mathrm{F0}</math> — коэффициент передачи тока базы при нулевом смещении, зависимость этого коэффициента от <math>V_\mathrm{CE}</math> показана на рисунке снизу.
Эффект Эрли снижает выходное дифференциальное сопротивление <math>r_O</math> каскада с общим эмиттером, в этой упрощённой модели это сопротивление выражается[4]:
- <math>r_O = \frac{V_A + V_{CE}}{I_C} \approx \frac{V_A}{I_C},</math>
это сопротивление включено параллельно коллекторному переходу и снижает выходное дифференциальное сопротивление, например, в схеме токового зеркала.
См. также
Примечания
Ссылки
Литература
- Сугано, Т., Икома Т., Такэиси Ё. Введение в микроэлектронику. — М. : Мир, 1988. — С. 102. — ISBN 5-03-001109-9.
-ru.svg){kind=link}
-ru.svg){kind=link}