Вплив температури на параметри і характеристики біполярного транзистора

Транзистори, які працюють в апаратурі, нагріваються від навколишнього середовища, від зовнішніх джерел теплоти, наприклад від нагрітих деталей, і струмів, що протікають через сам транзистор. Зміна температури впливає значним чином на роботу напівпровідникових приладів. При підвищенні температури збільшується провідність напівпровідників і струми в них зростають.

В попередніх розділах було показано, що особливо сильно зростає з підвищенням температури зворотний струм n-р -переходу. У транзисторів таким струмом є початковий струм колектора. Зростання цього струму приводить до зміни характеристик транзистора. Це зручно простежити на вихідних характеристиках, зображених для схем з СБ і СЕ на рис.6.4. при ввімкненні в схемі з СБ характеристики трохи піднялися. Показана на тому ж малюнку робоча точка Т трохи перемістилася і зайняла положення Т ₁ а нова робоча ділянка А ₁ Б ₁ мало відрізняється від ділянки АБ. Отже, підсилення майже не зміниться. Таким чином, схема СБ є температуростабільню, навіть при нагріві на десятки градусів. Для наглядності розглянемо числовий приклад, що відноситься до германієвого транзистора, у якого b = 100 і I_{к 0} = 2 мкА при 20 °С. Нехай транзистор ввімкнений в схемі з СБ і нагрівся до 70°С, тобто на 50°С. Оскільки для германію зворотний струм
n-р -переходу зростає приблизно в 2 рази при нагріві на кожні 10 °С, то в цьому випадку струм i_{к о} повинен збільшитися в 2⁵ разів, тобто в 32 рази. При t = 70 °С він буде становити 64 мкА, тобто зросте на 62 мкА. Якщо вважати приблизно, що коефіцієнт α не залежить від температури, то з рівності I_к = aI_е + I_к0 виходить, що при I_е = const струм колектора зросте також на 62 мкА. Оскільки І_к складає одиниці міліампер, то таке збільшення трохи змінить режим роботи транзистора.

На рис.6.4 показані суцільними лініями характеристики при t = 20 °С і штриховими при
t = 70 °С. Як видно, режим роботи транзистора в даній схемі змінюється мало, і в цьому полягає її важлива перевага.

Зовсім інакше виходить при роботі транзистора в схемі з СЕ. Початковим струмом для цієї схеми є наскрізний струм I _(к-е)0, який приблизно в b раз більше струму I_{к 0}. У нашому прикладі I _(к-е)о = bI_{к о} = 100ּ2 = 200 мкА при 20 °С. При нагріві до 70 °С цей струм зростає в 32 рази і буде становити 6400 мкА, або 6,4 мА, тобто збільшиться на 6,2 мА. З рівності
I_к =bI_б +I _(к-е)о видно, що при І_б = const і b = const струм колектора також зросте настільки, наскільки збільшиться струм I _(к-е)0 (в нашому прикладі на 6,2 мА). Ясно, що при такій сильній зміні струму вихідні характеристики різко змінюють своє положення (рис.6.4.б). Робоча точка і робоча ділянка АБ при такому нагріві переміщаються в положення Т ₁ і A ₁ Б ₁ і режим підсилення порушується. У цьому випадку, який, звичайно, є лише прикладом, частина робочої ділянки A ₁ Т ₁ різко поменшала, а частина Б ₁ Т ₁ стала дуже малою. Підсилення різко зменшилося, і робота підсилювального каскаду буде відбуватися з великими нелінійними спотвореннями, оскільки додатна півхвиля вхідного струму майже не підсилюється. Якщо не здійснити температурної стабілізації, то підсилення в схемі з СЕ при нагріві може стати абсолютно незадовільним.

Як видно, схема СЕ має низьку температурну стабільністю і досить сильно змінює свої властивості при підвищенні температури, що є її істотним недоліком в порівнянні зі схемою з СБ.

Потрібно підкреслити, що при зміні температури змінюються не тільки характеристики, але і всі параметри транзистора. Так, наприклад, при сталих струмах h -параметри для схеми з СЕ із збільшенням температури дещо зростають. Зміна параметрів в більшій мірі відбувається в схемі СЕ, а в схемі з СБ параметри більш стабільні. Для забезпечення сталого режиму служить температурна стабілізація, але вона не може повністю усунути зміну параметрів транзистора.