Early-Effekt: Unterschied zwischen den Versionen
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Der '''Early-Effekt''', auch '''Basisweiten-Modulation''', benannt nach seinem Entdecker [[James M. Early]], beschreibt die Änderung der effektiven [[Basisweite]] ''W'' eines [[Bipolartransistor | Der '''Early-Effekt''', auch '''Basisweiten-Modulation''', benannt nach seinem Entdecker [[James M. Early]], beschreibt in der [[Halbleitertechnik]] die Änderung der effektiven [[Basisweite]] ''W'' eines [[Bipolartransistor]]s durch die Kollektor-Emitter-Spannung ''U''<sub>CE</sub>. Die Ausdehnung der Raumladungszone der Basis-Kollektor-Diode ist somit auch von ''U''<sub>CE</sub> abhängig: ''W'' = ''f''(''U''<sub>CE</sub>). In der idealen Betrachtungsweise der Modelle für Bipolartransistoren wird der Early-Effekt häufig vernachlässigt. | ||
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Wird die Kollektor-Emitter-Spannung ''U''<sub>CE</sub> erhöht, verbreitert sich die [[Raumladungszone]] (RLZ) des Kollektor-Basis-[[p-n-Übergang|pn-Übergangs]] und die Weite der Basis verringert sich. | Wird die Kollektor-Emitter-Spannung ''U''<sub>CE</sub> erhöht, verbreitert sich die [[Raumladungszone]] (RLZ) des Kollektor-Basis-[[p-n-Übergang|pn-Übergangs]] und die Weite der Basis verringert sich. | ||
:<math>U_{CB} = U_{CE} - U_{BE}</math> | :<math>U_{CB} = U_{CE}-U_{BE}</math> | ||
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Beim Bipolartransistor bewirkt der Early-Effekt, dass der Kollektorstrom von der Kollektor-Emitter-Spannung ''U''<sub>CE</sub> abhängt, der Transistor also keine ideale [[Stromquelle (Schaltungstheorie)|Stromquelle]] ist. Die Kennlinie verläuft im typischen Arbeitsbereich linear, wie im rechts dargestellten Ausgangskennlinienfeld, und ihr extrapolierter Schnittpunkt mit der ''U''<sub>CE</sub>-Achse wird als ''Early-Spannung'' ''U''<sub>EA</sub> bezeichnet. Sie ist ein wichtiger Parameter zur Charakterisierung eines Bipolartransistors und zur Simulation, z. B. mit [[SPICE (Software)|SPICE]], und liegt je nach Transistortyp im Bereich zwischen 15 V bis 150 V. | Beim Bipolartransistor bewirkt der Early-Effekt, dass der Kollektorstrom von der Kollektor-Emitter-Spannung ''U''<sub>CE</sub> abhängt, der Transistor also keine ideale [[Stromquelle (Schaltungstheorie)|Stromquelle]] ist. Die Kennlinie verläuft im typischen Arbeitsbereich linear, wie im rechts dargestellten Ausgangskennlinienfeld, und ihr extrapolierter Schnittpunkt mit der ''U''<sub>CE</sub>-Achse wird als ''Early-Spannung'' ''U''<sub>EA</sub> bezeichnet. Sie ist ein wichtiger Parameter zur Charakterisierung eines Bipolartransistors und zur Simulation, z. B. mit [[SPICE (Software)|SPICE]], und liegt betragsmäßig je nach Transistortyp im Bereich zwischen 15 V bis 150 V. | ||
Die Auswirkungen des Early-Effekts nehmen mit abnehmender Basisweite zu, da die relative Änderung der Raumladungszonen größer wird. | Die Auswirkungen des Early-Effekts nehmen mit abnehmender Basisweite zu, da die relative Änderung der Raumladungszonen größer wird. | ||
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Die Berechnung der Early-Spannung lässt sich über die Geradengleichung herleiten. Es werden zwei Punkte aus dem linearen Bereich benötigt. Diese werden in die Formel eingesetzt. | Die Berechnung der Early-Spannung lässt sich über die Geradengleichung herleiten. Es werden zwei Punkte aus dem linearen Bereich benötigt. Diese werden in die Formel eingesetzt. | ||
:<math>U_{EA} =\frac {U_{1} I_{2} - U_{2} | :<math>U_{EA} =\frac {U_{1} I_{2} - U_{2} I_{1} }{ I_{2} - I_{1}}</math> | ||
== Literatur == | == Literatur == | ||
*''Elektrotechnik. Elektronik I. Aufbau der Materie | * ''Elektrotechnik. Elektronik I. Aufbau der Materie – Halbleiter-Leitungsmechanismus – PN-Übergang''. Beuth Verlag, Berlin 1979, ISBN 3-410-38478-2. | ||
*Hartmut Schrenk | * Hartmut Schrenk: ''Bipolare Transistoren''. Springer Verlag, Heidelberg 1994, ISBN 3-486-25561-4. | ||
*Wolfgang Steimle | * Wolfgang Steimle: ''Der Bipolartransistor in linearen Schaltungen I. Grundlagen, Ersatzbilder, Programme.'' Oldenbourg-Verlag, München 1984, ISBN 3-486-25561-4. | ||
*Donald A. Neamen | * Donald A. Neamen: ''Semiconductor Physics & Devices.'' McGraw-Hill, ISBN 0-07-232107-5. | ||
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Aktuelle Version vom 26. April 2021, 16:43 Uhr
Der Early-Effekt, auch Basisweiten-Modulation, benannt nach seinem Entdecker James M. Early, beschreibt in der Halbleitertechnik die Änderung der effektiven Basisweite W eines Bipolartransistors durch die Kollektor-Emitter-Spannung UCE. Die Ausdehnung der Raumladungszone der Basis-Kollektor-Diode ist somit auch von UCE abhängig: W = f(UCE). In der idealen Betrachtungsweise der Modelle für Bipolartransistoren wird der Early-Effekt häufig vernachlässigt.
Ein ähnlicher Effekt ist auch in den Kennlinien von Feldeffekttransistoren zu beobachten. Dort wird diese Eigenschaft als die sogenannte Kanallängenmodulation beschrieben.
Ursache
Wird die Kollektor-Emitter-Spannung UCE erhöht, verbreitert sich die Raumladungszone (RLZ) des Kollektor-Basis-pn-Übergangs und die Weite der Basis verringert sich.
- $ U_{CB}=U_{CE}-U_{BE} $
Auswirkung
Beim Bipolartransistor bewirkt der Early-Effekt, dass der Kollektorstrom von der Kollektor-Emitter-Spannung UCE abhängt, der Transistor also keine ideale Stromquelle ist. Die Kennlinie verläuft im typischen Arbeitsbereich linear, wie im rechts dargestellten Ausgangskennlinienfeld, und ihr extrapolierter Schnittpunkt mit der UCE-Achse wird als Early-Spannung UEA bezeichnet. Sie ist ein wichtiger Parameter zur Charakterisierung eines Bipolartransistors und zur Simulation, z. B. mit SPICE, und liegt betragsmäßig je nach Transistortyp im Bereich zwischen 15 V bis 150 V.
Die Auswirkungen des Early-Effekts nehmen mit abnehmender Basisweite zu, da die relative Änderung der Raumladungszonen größer wird.
Berechnung
Die Berechnung der Early-Spannung lässt sich über die Geradengleichung herleiten. Es werden zwei Punkte aus dem linearen Bereich benötigt. Diese werden in die Formel eingesetzt.
- $ U_{EA}={\frac {U_{1}I_{2}-U_{2}I_{1}}{I_{2}-I_{1}}} $
Literatur
- Elektrotechnik. Elektronik I. Aufbau der Materie – Halbleiter-Leitungsmechanismus – PN-Übergang. Beuth Verlag, Berlin 1979, ISBN 3-410-38478-2.
- Hartmut Schrenk: Bipolare Transistoren. Springer Verlag, Heidelberg 1994, ISBN 3-486-25561-4.
- Wolfgang Steimle: Der Bipolartransistor in linearen Schaltungen I. Grundlagen, Ersatzbilder, Programme. Oldenbourg-Verlag, München 1984, ISBN 3-486-25561-4.
- Donald A. Neamen: Semiconductor Physics & Devices. McGraw-Hill, ISBN 0-07-232107-5.