Аналоговые электронные устройства: Учебное пособие, страница 29

5. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

Влияние изменений температуры на характеристики транзисторов вызвано зависимостью электрических свойств полупроводниковых материалов и  переходов от температуры: подвижности носителей, контактной разности потенциалов и величины неуправляемого тока переходов.

Температура  переходов биполярных транзисторов зависит от температуры окружающей среды, мощности, рассеиваемой на переходах, эффективности теплопередачи (теплового сопротивления) от переходов транзисторов к окружающей среде. При отключенном источнике электропитания температура переходов транзистора равна температуре окружающей среды (состояние термодинамического равно­весия со средой). При включенном источнике электропитания на переходах возникает падение напряжения и устанавливается постоянный ток через переход, т.е. на переходе рассеивается мощность. Падение напряжения на коллекторном переходе много больше, чем на эмиттерном переходе. Поэтому мощность, рассеивающуюся на эмиттерном переходе, можно не учитывать отдельно, полагая напряжение на коллекторном переходе равным напряжению коллектор-эмиттер транзистора. В результате рассеивания мощности температура перехода оказывается больше температуры окружающей среды. Разница между температурами перехода и окружающей среды тем больше, чем больше мощность, рассеиваемая на переходах транзистора, и чем больше сопротивление (хуже передача тепла переход - окружающая среда). Температура перехода

,                                             

где  - температура окружающей среды;  - мощность, рассеивающаяся на переходе коллектор-база транзистора;  - тепловое сопротивление переход - окружающая среда.

 Величина теплового сопротивления определяется равенством

,

где  и  - максимальная допустимая температура перехода и абсолютная нормальная температура 293 К;  P_{K max}  - максимальная допустимая мощность, рассеиваемая на коллекторном переходе транзистора.

Изменение температуры переходов вызывает изменения (температурную нестабильность) вольт-амперных характеристик и электрического режима транзисторов.

Различаются три фактора температурной нестабильности электрического режима характеристик биполярных транзисторов [19]:

-  зависимость неуправляемого тока коллекторного перехода  от температуры;

-  зависимость контактной разности потенциалов на эмиттерном переходе  от температуры;

-  зависимость статического коэффициента усиления транзистора по току  .

Неуправляемый ток коллекторного перехода  возникает вследствие генерации неосновных носителей в области перехода и утечки по поверхности кристалла транзистора. Величина неуправляе­мого тока перехода зависит от типа полупроводника (германий или кремний),  степени легирования (количества примесей),  площади перехода (мощности транзистора) и равна при нормальной темпера­туре , т.е. в  раз меньше типового значения постоянного тока коллектора  в рабочей точке. Зависимость неуправляемого тока коллекторного перехода  от температуры перехода можно представить в виде