Early-Effekt

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.

Early-Spannung im Ausgangskennlinienfeld eines Bipolartransistors bei Basisweiten-Modulation (Early-Effekt)
Schema eines npn-Bipolartransistors
pnp-Transistor
UCE (oben) < UCE (unten)

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.

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.

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.
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