Early-Effekt
Einleitung
Befindet sich der Bipolartransistor im aktiven Bereich, verhält sich dieser idealerweise wie einer Stromquelle. Das Kennlinienfeld (ID zu UCE) weißt deshalb auch einer Grade auf welche parallel zur UCE-Achse ist.
Beim Early-Effekt handelt es sich um einen parasitären Effekt welcher ein abweichendes Verhalten zu dieser idealen Stromquelle darstellt.
⇨ Bipolartransistor einfach erklärt
⇨ Aktiver Bereich
Einführung
Idealerweise wirkt der Bipolartransistor im aktiven Bereich wie eine Stromquelle. Das bedeutet die Kennlinie entspricht einer Geraden welche exakt parallel zur UCE-Achse (X-Achse) verläuft.
⇨ Stromquelle
In der Realität ist die Kennlinie allerdings nicht exakt parallel zur X-Achse sondern weist eine bestimmte Steigung auf. Dies wird als Early-Effekt bezeichnet.
Auswirkung
Der Early-Effekt hat zu folge das sich der Bipolartransistor im aktiven Bereich nicht wie eine ideale Stromquelle verhält.
Early-Spannung
Extrapoliert man die Ausgangskennlinien des aktiven Bereichs, treffen sich alle auf der UCE-Achse. Es ergibt sich ein bestimmter Punkt, die sogenannte Early-Spannung.
Einfach ausgedrückt: Man verlängert die Ausgangskennlinien (mit einer Geraden).
Ursache
Worin liegt nun die Ursache für den Early-Effekt?
Hierfür muss der Bipolartransistor auf Halbleiterebene betrachtet werden.
⇨ Bipolartransistor auf Halbleiterebene
Erhöht man die Spannung UCE vergrößert sich auch die Sperrschicht zwischen Kollektor und Basis. (Das die Basis höher dotiert ist als der Kollektor, dehnt sich die Raumladungszone überwiegend in den Kollektor aus und nur ein bisschen in die Basis.)
Durch die Ausdehnung in die Basis, wird die Basisweite kleiner. Wie wir bereits wissen verändern sich so auch die Verstärkungseigenschaften des Bipolartransistors. Dünnere Basis -> größere Verstärkung.
Aus diesem Grund gibt es im aktiven Bereich eine Steigung in der Ausgangskennlinie.
Berechnung
Wie in der Herleitung bzw. Erklärung zur Early-Spannung gezeigt, ergibt sich diese aus den Geraden der Kennlinie.
Daher ergibt sich die Early-Spannung aus der Steigung der Geraden aus dem Kennlinienfeld. Aus diesen kann die Formel zur Early-Spannung hergeleitet werden.
Beispiel
Ein Bipolartransistor wird bei konstantem Basisstrom folgende Werte gemessen:
Bei einer Kollektor-Emitter-Spannung von 10V wird ein Strom von 4,9A gemessen.
Bei einer Kollektor-Emitter-Spannung von 20V wird ein Strom von 5A gemessen.
Wie groß ist die Early-Spannung?
Antwort:
geg. U1=10V I1=4,9A ; U2=20V I2=5A
ges. UEA