Влияние температуры на работу БТ

Изменение температуры оказывает значительное влияние на работу полупроводниковых приборов. При повышении температуры увеличивается проводимость полупроводников и токи в них возрастают, особенно обратный ток n-p перехода, т.е. начальный ток коллектора. Это приводит к изменению характеристик и всех h – параметров транзистора. Поскольку h – параметры определяются ВАХ БТ, то они являются температурозависимыми. Для схемы с ОЭ с увеличением температуры несколько возрастают. В схеме с ОБ параметры более стабильны. Схема температурной стабилизации служит для стабилизации режима транзистора, но она не может полностью устранить изменение его параметров.

Возрастание I_ко при увеличении температуры приводит к изменению ВАХ.

Различают три основные причины нестабильности тока коллектора при изменении температуры:

1. существенно изменяется обратный ток коллектора I_ко. Для германиевых БТ на каждые 10° I_ко удваивается, для кремниевых БТ I_ко удваивается на каждые 7°С; I_ко может возрасти на столько, что может произойти тепловой пробой коллекторного перехода.

2. напряжение U_бэ с ростом температуры уменьшается со скоростью приблизительно D U_бэ / DT = - 2, 5 мВ / °С;

3. коэффициент передачи тока базы b (h_21э) с увеличением температуры переходов увеличивается.

Для наглядности влияния температуры на режим работы транзистора рассмотрим числовой пример, относящийся к германиевому транзистору, у которого b = 100 и i_{К 0} = 2 мкА при 20°С. Пусть транзистор включен по схеме ОБ и нагрелся до 70°С, т.е. на 50°С. Так как для германия обратный ток n – p перехода возрастает примерно в 2 раза при нагреве на каждые 10°С, то в данном случае ток i_{К 0} должен увеличиться в 2⁵, т.е. в 32 раза. При t = 70°С он будет составлять 64 мкА, т.е. возрастет на 62 мкА. Если считать приближенно, что коэффициент a не зависит от температуры, то из равенства i_К = a i_Э + i_{К 0} следует. Что при i_Э = const ток коллектора возрастет также на 62 мкА. Поскольку i_К составляет единицы миллиампер, то такое увеличение незначительно изменит режим работы транзистора. На рис. 5.15 сплошными линиями показаны характеристики при t = 20°С и пунктирными – при t = 70°С. Как видно, при включении по схеме ОБ характеристики незначительно поднялись. Показанная на том же рисунке рабочая точка Т немного переместилась и заняла положение Т₁, а новый рабочий участок А₁В₁ мало отличается от участка АВ. Следовательно, усиление почти не изменилось. Таким образом, схема ОБ является температуростабильной. Даже при нагреве на десятки градусов режим работы транзистора в данной схеме изменяется мало, и в этом заключается ее важное достоинство.

Совсем иная картина складывается в схеме ОЭ. Начальным током в этой схеме является сквозной ток i_{КЭ 0}, который приблизительно в b раз больше тока i_{К 0}. В нашем примере при 20°С i_{КЭ 0} » b i_{К 0} = 100 × 2 = 200 мкА. При нагреве до 70°С этот ток возрастает в 32 раза и будет составлять 6 400 мкА, или 6,4 мА, т.е. увеличится на 6,2 мА. Из равенства i_К =b i_Б + i_{КЭ 0} видно, что при i_Б = const и b = const ток коллектора также возрастает – настолько, насколько увеличится ток i_{КЭ 0} (в данном примере – на 6,2 мА).

Ясно, что при таком сильном изменении тока выходные характеристики резко изменяют свое положение (рис. 5.15,б). Рабочая точка и рабочий участок АВ при таком нагреве перемещаются в положение Т₁ и А₁В₁ и режим усиления совершенно нарушается. В данном примере, часть рабочего участка А₁Т₁ резко уменьшилась, а часть В₁Т₁ стала ничтожно малой. Усиление резко уменьшится, и работа усилительного каскада. Будет происходить с большими нелинейными искажениями, т.к. положительная полуволна входного тока почти не усиливается.

Как видно, схема ОЭ обладает низкой температурной стабильностью, что является ее существенным недостатком по сравнению со схемой ОБ и требует применения специальных схем температурной стабилизации.