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 die Änderung der effektiven Basisweite W eines bipolaren Transistors durch die Basis-Kollektor-Spannung U_BC, d. h. Ausdehnung der Raumladungszone der Basis-Kollektor-Diode: W = f(U_BC).

Ein ähnlicher Effekt ist auch in den Kennlinien von Feldeffekttransistoren zu beobachten, die sogenannte Kanallängenmodulation.

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.

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

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.

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

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 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.

Literatur

• Elektrotechnik. Elektronik I. Aufbau der Materie - Halbleiter- Leitungsmechanismus - PN- Übergang, Berlin, 1979, Beuth Verlag, ISBN 3-4103-8478-2
• Hartmut Schrenk, Bipolare Transistoren, Heidelberg, 1994, Springer Verlag, ISBN 3-4862-5561-4
• Wolfgang Steimle, Der Bipolartransistor in linearen Schaltungen I. Grundlagen, Ersatzbilder, Programme., München 1984, Oldenbourg-Verlag, ISBN 3-4862-5561-4
• Donald A. Neamen, Semiconductor Physics & Devices, McGraw-Hill, ISBN 0-07-232107-5