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 описать формулой:

I_э ≈ I_оэ (exp(U_эб) / φ_т – 1).

С ростом температуры тепловой ток (I_эо) растет быстрее, чем убывает экспонента из-за увеличения j_т = k T / q. В результате противоположного влияния двух факторов входные характеристики схемы с ОБ смещаются влево при выбранном токе I_э на величину DU » (1...2) мВ/°С (рис. 4.11, а).

Начало входной характеристики в схеме с ОЭ определяется тепловым током коллекторного перехода (I_кбо), который сильно зависит от температуры, так что начало характеристики при увеличении температуры опускается (рис. 4.11, б).

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

I_к = αI_э + I_кбо;

I_к = βI_б + (β + 1) I_кбо.

Выходные характеристики при различных температурах должны сниматься при постоянных параметрах (I_э = const в схеме с ОБ и I_б = const в схеме с ОЭ). Коэффициент передачи тока эмиттера с изменением температуры изменяется незначительно, поэтому в схеме с ОБ при I_э = const рост I_к будет определяться в основном увеличением I_кбо (рис.4.12, а). Однако обычно I_кбо значительно меньше aI_э и изменение I_к составляет доли процента.

В схеме с ОЭ положение иное. Здесь параметром является I_б и его надо поддерживать неизменным при изменении температуры., Коэффициент передачи (b)зависит от температуры (он увеличивается с увеличением температуры). Поэтому изменение I_к будет определяться обоими слагаемыми βI_б и (b + 1)I_кбо. Ток I_кбо (как тепловой ток перехода) примерно удваивается при увеличении температуры на 10 °С, и при b >> 1 прирост тока (b + 1)I_кбо может оказаться сравнимым с исходным значением коллекторного тока и даже превысить его.

На рис.4.12, 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.

Составной транзистор

Коэффициент усиления каскадов, выполненных на биполярных транзисторах, определяется коэффициентом передачи тока транзистора в схеме с ОЭ (h_21э)_. Увеличение этого коэффициента в ряде случаев позволяет существенно упростить схемотехнику проектируемых усилительных устройств. Так, при построении многокаскадных усилителей можно обойтись меньшим числом каскадов или при управлении мощной нагрузкой отказаться от промежуточных усилителей мощности и управлять значительной мощностью непосредственно от маломощного источника.

Увеличить h_21э можно чисто схемотехническим путем за счет каскадного включения нескольких транзисторов. Применительно к транзисторам одного типа проводимости такие схемы были впервые предложены Дарлингтоном и поэтому часто называются схемами Дарлингтона или составными транзисторами.

Составной транзистор (пара Дарлингтона), получаемый соединением коллекторов и эмиттера Э₁ с базой Б₂ (рис. 4.13), характеризуется большим входным сопротивлением, большим коэффициентом передачи базового тока b и меньшим выходным сопротивлением на переменном сигнале по сравнению с одиночным БТ.

Интегральный коэффициент передачи по току составного транзистора (b_D) определяется следующим образом:

b_D = i_кD/i_бD = i_кD/i_б1 = (i_к1 + i_к2)/i_б1 = (b₁i_б1 + b₂i_б2)/i_б1 = (b₁i_б1 + b₂i_э1)/i_б1 =

= (b₁i_б1 + b₂ (b₁ + 1)i_б1)/i_б1 = b₁ + b₂ (b₁ + 1) = b₁ + b₂b₁ + b₂.

Если составной транзистор (СТ) синтезирован на основе одинаковых транзисторов (b₁ = b₂ = b), то

b_D = b(b + 2),

т.е. b_D характеризуется квадратичным увеличением.

Суммарное входное сопротивление (h_11эD)составного транзистора больше входного сопротивления одиночного транзистора, так как входы Т₁ и Т₂ включены последовательно, т.е.

h_11эD = u_вхD/i_бD = (u_вх1 + u_вх2)/i_б1 = (i_б1h_11э1 + i_б2h_11э2)/i_б1 = (i_б1h_11э1 + i_э1h_11э2)/i_б1 =

= (i_б1h_11э1 + (b₁ + 1)i_б1h_11э2)/i_б1 = h_11э1 + (b₁ + 1)h_11э2.

Из итогового выражения видно, суммарное входное сопротивление определяется в основном входным сопротивлением второго транзистора и коэффициентом передачи по току первого транзистора.

Так как коллекторные цепи транзисторов включены параллельно (см. рис.4.13), следовательно, суммарная проводимость составного транзистора (h_22эD) возрастает (выходное сопротивление уменьшается).

На практике составные транзисторы могут быть реализованы на основе соответствующего соединения одиночных транзисторов, но промышленностью также выпускаются уже готовые составные транзисторы, конструктивно оформленные в едином корпусе.

Полевые транзисторы

Полевые транзисторы представляют собой полупроводниковые приборы, в которых прохождение тока обусловлено дрейфом основных носителей заряда под действием продольного электрического поля. Управление величиной тока в них осуществляется путем изменения электропроводности токопроводящего слоя (канала) полупроводника поперечным электрическим полем. Каналом служит тонкий слой однородного полупроводника. По конструктивному исполнению и технологии изготовления полевые транзисторы можно разделить на две группы:

1) полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом;