Early-Effekt

Early-Spannung im Ausgangskennlinienfeld eines Bipolartransistors bei Basisweiten-Modulation (Early-Effekt)

Schema eines npn-Bipolartransistors

pnp-Transistor
U_CE (oben) < U_CE (unten)

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 U_CE. Die Ausdehnung der Raumladungszone der Basis-Kollektor-Diode ist somit auch von U_CE abhängig: W = f(U_CE). 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 U_CE erhöht, verbreitert sich die Raumladungszone (RLZ) des Kollektor-Basis-pn-Übergangs und die Weite der Basis verringert sich.

${\displaystyle U_{CB}=U_{CE}-U_{BE}}$

Auswirkung

Beim Bipolartransistor bewirkt der Early-Effekt, dass der Kollektorstrom von der Kollektor-Emitter-Spannung U_CE 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 U_CE-Achse wird als Early-Spannung U_EA 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.

${\displaystyle U_{EA}={\frac {U_{1}I_{2}-U_{2}I_{1}}{I_{2}-I_{1}}}}$

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.