Earlyeffekten

Der Earlyeffekt beschreibt die Abhängigkeit des Kollektorstroms eines Bipolartransistors vom Kollektor-Emitter-Spannung (Vce) bei konstantem Basisstrom. Ursache ist die Basisbreitenmodulation: Mit zunehmender Vce vergrößert sich die Verarmungsschicht an der Basis-Kollektor-Schranke, wodurch die effektive Basisbreite kleiner wird. Dadurch steigt der Anteil der Ladungsträger, die im Kollektor gesammelt werden, und der Kollektorstrom nimmt zu. Die Auswirkung ist eine nicht ideale, leicht steigende I_C-Vce-Kennlinie bei konstantem I_B.

Historisch benannt wurde der Effekt nach James M. Early, der ihn in den 1950er Jahren beschrieben hat. In typischen Darstellungen der Ausgangskurven eines Transistors konvergieren die Linien der verschiedenen Basisströme bei einem negativen Wert von-Vce, der als Early-Spannung Va bezeichnet wird.

Mathematisch lässt sich der Earlyeffekt im linearen Bereich durch I_C ≈ I_C0 (1 + V_CE / V_A) beschreiben, wobei V_A die Early-Spannung ist. Alternativ gilt I_C ≈ β I_B (1 + V_CE / V_A). Daraus folgt der Ausgangswiderstand r_o ≈ V_A / I_C. Ein größerer Va-Wert bedeutet einen kleineren r_o und damit einen geringeren Einfluss des Effekts auf die Verstärkung; Transistoren mit kleinem Va zeigen stärkeres Early-Verhalten.

Bedeutung für die Praxis: Der Earlyeffekt führt zu einem endlichen Ausganswiderstand des Transistors und begrenzt die Spannungsgain in Verstärkern. Er wird im transistorischen Modell durch r_o berücksichtigt (Hybrid-pi-Modell). Va variiert je nach Transistortyp und Fertigungsprozess und liegt typischerweise im Bereich von einigen Dutzend bis mehreren Hundert Volt.