Отклонение по напряжению

При описании работы БТ на основе его одномерной идеализированной модели (разд.3.1, 3.2) предполагалось, что функция коллекторного напряжения при работе БТ в активном нормальном режиме сводится к собиранию неосновных носителей, инжектированных эмиттером и проскочивших базу, обратносмещенным переходом. Но необходимо также учесть, что ширина ОПЗ обратносмещенного перехода зависит от величины приложенного напряжения (1.2). Это изменение ширины ОПЗ (а, следовательно, и ширины квазинейтральной области базы) вносит свои коррективы в работу БТ. Модуляция ширины базы напряжением на обратносмещенном коллекторном переходе называется эффектом Эрли (по имени ученого Дж.Эрли, впервые исследовавшего это явление).

Действие эффекта Эрли проявляется в работе БТ в виде двух основных следствий.

Если БТ работает в активном нормальном режиме и напряжение увеличивается по модулю, то коллекторный переход расширяется, база становится меньше и коэффициенты и возрастают ((3.5)...(3.16)). А так как , то возрастает ток коллектора при , что не учитывается моделью Эберса-Молла. Следовательно, учитывая эффект Эрли, коллекторный диод в схеме Эберса-Молла необходимо шунтировать сопротивлением, дифференциальное значение которого составляет при .

Зная (3.28), для активного режима получим

,

(3.30)

где – ширина коллекторного перехода в базовой области; .

Из (3.30) видно, что, во-первых, сопротивление обратно пропорционально току эмиттера, а во-вторых, так как очень мало, сопротивление велико.

При включении по схеме с ОЭ изменение напряжения приводит к изменению коэффициента и, следовательно, тока коллектора (3.16). Этот эффект эквивалентен шунтированию коллекторного перехода сопротивлением

.

С учетом того, что , т.к. изменение напряжения на открытом эмиттерном переходе мало, получим

.

(3.31)

Из (3.30) и (3.31) видно, что сопротивление коллекторного перехода при включении БТ по схеме с общим эмиттером в меньше сопротивления БТ, включенного посхеме с ОБ; Это отражается на наклоне выходных вольт-амперных характеристик (см. рис.3.13 и рис. 3.15, б).

В задаче анализа и расчета схем интерес представляет напряжение Эрли, которое характеризует активный нормальный режим БТ в схеме с ОЭ. Проведя касательные к участкам графика , соответствующих активному режиму, приблизительно выбираем точкуих пересечения с осью напряжений для некоторого диапазона смещений (рис.3.13, точка А).

Считая треугольники АОВ и ВСД подобными, можно записать, что ДС/СВ=ОВ/ОА.
А так как ДС = , СВ == , ОВ = , а ОА = , то можно записать

Рисунок 3.13 –Механизм определения напряжения Эрли

,

(3.32)

где –напряжение Эрли.

Вторым следствием эффекта Эрли является существование в БТ внутренней обратной связи, которая проявляется в зависимости напряжения от при для схемы с ОБ и зависимости от при для схемы с ОЭ и характеризуется коэффициентами и

Рисунок 3.14– Механизм возникновения внутренней обратной связи под действием эффекта Эрли: а – ОБ, ; б – ОЭ, .

Механизм возникновения внутренней обратной связи под действием эффекта Эрли пояснимна графиках распределения неосновных носителей в базе бездрейфового n-p-n-транзистора в активном нормальном режиме работы (рис.3.14, а) и ОЭ (рис.3.14, б)

При изменении напряжения или изменяется толщина базы и, как видно из рис.3.14, граничная концентрация неосновных носителей .
При (см. рис.3.14, а) получим

;

учитывая, что

и ,

получим:

.

При должен сохраняться полный заряд избыточных неосновных носителей в базе , т.е. при изменении , а, следовательно, площади треугольников ОАД и ОВЕ должны быть равны.

,

где – площадь эмиттера.

.

Учитывая, что , получим

Следовательно, . При увеличении обратного смещения на коллекторном переходе толщина базы уменьшится и напряжение , судя по величине (см. рис.3.14, а), уменьшится, препятствуя увеличению тока коллектора. Следовательно, обратная связь является отрицательной.