Влияние температуры на характеристики транзисторов

Существенным недостатком транзисторов является зависимость их характеристик от изменения температуры, или температурная нестабильность. При повышении температуры увеличивается электропроводность полупроводников, и токи в них возрастают. В наибольшей степени возрастает обратный ток p-n-перехода (начальный ток коллектора). Это приводит к изменению характеристик p-n-перехода.

Схемы с общей базой и общим эмиттером имеют различные значения обратного тока I_КБ0. С увеличением температуры T обратные токи возрастают, но соотношение между ними остается постоянным (рис.1.20, а).

Одновременно температурные изменения оказывают влияние на величину коэффициентов передачи тока а и B (рис.1.20, б). С физической точки зрения изменения этих параметров определяется комплексом факторов, среди которых в первую очередь необходимо отметить изменение концентрации носителей и диффузионной длины, влияние центров захвата.

Изменение обратных токов и коэффициентов усиления приводит к смещению входных и выходных характеристик транзисторов, что может привести к нарушению его нормальной работы или схемы на его основе.

Сравним влияние изменения температуры на выходные и входные характеристики для схем с общей базой и общим эмиттером. Используем выражение:

(1).

Относительное изменение I_К можно найти, продифференцировав (1):

,

Соотношение между относительными изменениями тока I_К в схеме с общим эмиттером и общей базой следующее:

.

Это означает, что характеристики в схеме с общей базой более стабильны к изменению температуры, чем в схеме с общим эмиттером.

На рисунке 1.21 приведена выходная и входная характеристики биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером при различных температурах.

При работе транзисторов необходимо знать допустимые пределы или диапазоны изменения температуры окружающей среды и самих приборов, при которых гарантируется их надёжная работа. Для характеристики этих режимов вводятся тепловые параметры транзисторов, которые указываются в их паспортных данных.

При увеличении температуры транзистора возрастает максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторном переходе. Для определения зависимостей между рассеиваемой мощностью и температурой кристалла используют зависимость:

,

где T_П, T_КОРП – температуры p-n-перехода и корпуса;

P – мощность, рассеиваемая на переходе;

R_t – тепловое сопротивление переход - окружающая среда, которое показывает на сколько градусов повысится температура перехода относительно окружающей среды при рассеивании на переходе заданной мощности (приводится в справочниках).

Для транзисторов большой мощности, в которых применяются теплоотводы, вместо величины R_t используется тепловое сопротивление переход - корпус. Эти формулы применимы для определения средней температуры транзисторов. При работе в импульсных режимах могут возникать мгновенные значения температуры, значительно превышающие средние значения, поэтому для транзисторов устанавливается величина допустимого мгновенного значения температуры.