Выходная характеристика это зависимость тока коллектора от напряжения коллектор-эмиттер при постоянном токе базы. Ток базы является параметром семейства выходных характеристик.
На рис… приведена выходная характеристика транзистора в схеме с общим эмиттером. На ней можно выделить два участка. Крутой участок соответствует работе транзистора в режиме насыщения. Более пологий участок соответствует активному режиму. Переход от режима насыщения к активному режиму происходит при Uкэ = Uбэ. При этом Uкб = 0.
Рассмотрим характеристику на активном участке. На рис.. представлены распределения концентрации дырок в базе при Uкб = 0 прямая 1(она соответствует Uкэ = Uбэ) и Uкб < 0 прямая 2. При увеличении Uкэ увеличивается ток коллектора, так как увеличивается градиент концентрации дырок. Одновременно уменьшается инжектированный заряд в базе Qинж, который пропорционален площади треугольника между прямыми распределения неравновесной и равновесной концентрации дырок. Уменьшение Qинж приводит к уменьшению тока рекомбинации и, следовательно к уменьшению тока базы. Выходная характеристика снимается при постоянном токе базы. Прежнее значение тока базы восстанавливается увеличением Uбэ. При этом увеличивается концентрация pn(0), что приводит к увеличению Qинж, до величины, при которой ток рекомбинации и, следовательно, ток базы увеличиваются до прежнего значения. Но при этом вновь увеличивается ток коллектора. Поэтому в отличие от схемы с общей базой, ток коллектора в активном режиме в большей степени растёт с увеличением Uкэ.
|
|
Ход характеристики при переходе в режим насыщения объясняется следующим образом. При напряжении Uкэ, меньшем по абсолютной величине Uбэ, открывается переход коллектор-база, что приводит к увеличению концентрации дырок на коллекторном конце базы. Это уменьшает градиент концентрации дырок, а, следовательно, и ток коллектора. В то же время ток базы увеличивается, так как происходит инжекция дырок из коллектора в базу и электронов из базы в коллектор. Ток базы необходимо поддерживать постоянным. Для этого уменьшается напряжение Uбэ. Это приводит к уменьшению инжектированного заряда и, следовательно, тока рекомбинации, являющегося частью тока базы. Снижение Uбэ производится до восстановления прежнего значения тока базы. При этом ещё больше уменьшается градиент концентрации дырок в базе и, следовательно, уменьшается ток коллектора. Таким образом, даже одномерная модель структуры транзистора объясняет снижение тока коллектора в режиме насыщения.
Инжекция носителей в пассивную базу и коллектор, учитываемая в рамках двумерной модели, вызывает рост компоненты базового тока, текущую через коллектор, обеспечивает более резкий спад тока коллектора при поддержании постоянным тока базы.
|
|
При одинаковых приращениях тока базы происходит неодинаковое приращение тока коллектора. Это следует из того, что статический коэффициент передачи зависит от тока коллектора. С ростом тока коллектора b вначале растет, а затем падает.
На выходную характеристику влияние температуры намного больше, чем в схеме с общей базой. Это объясняется тем, что ток базы поддерживается постоянным, в то время как с ростом температуры на 1 К b увеличивается примерно на 1%. При том же заряде электронов и дырок в базе с ростом температуры дырочная компонента тока эмиттера увеличивается в большем темпе, чем электронная. Это происходит потому, что для дырочной компоненты база тонкая, а для электронной - толстая. С ростом температуры увеличивается диффузионная длина электронов в эмиттере, а ширина базы практически не изменяется. Это ведет к росту коэффициента инжекции с температурой.
Одновременно с температурой растёт коэффициент переноса, так как увеличивается время жизни дырок в базе. Время жизни увеличивается при изменении температуры от –60 до +60 жизни увеличивается в 2 – 3 раза (Викулов).
С ростом температуры увеличивается поступление в потенциальную яму в базе электронов за счёт роста тока генерации в ОПЗ коллекторного перехода. Поэтому для поддержания заданного тока коллектора требуется меньший ток базы.
Рост времени жизни дырок и поступление электронов в базу из коллекторной ОПЗ уменьшает скорость убыли электронов из базы. Поэтому том же токе базы, что и при более низкой температуре, в базе будет накоплен больший заряд к моменту равенства скоростей поступления и ухода электронов. Большему заряду в базе соответствует больший ток коллектора.