Efecto Early

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Figura 1. Arriba: Ancho de la capa de agotamiento, colector base, de un Transistor NPN para un bajo voltaje de polarización inversa; Abajo: Capa de agotamiento, colector base, más amplia, debido a un voltaje de polarización inversa más elevado.

Figura 2. Voltage Early (V_A) como se mostraría en una gráfica característica de un BJT.

El Efecto Early, nombrado así en honor a su descubrimiento por James M. Early, es la variación en el grosor de la capa agotamiento (depletion regions), base colector, en un transistor BJT debido a la variación del voltaje de base a colector. Mientras exista una mayor polarización inversa a través de la unión colector-base la capa de agotamiento incrementará de tamaño. Disminuyendo la cantidad de los portadores de carga en la base.

En el Figura 1, en la zona P, la base es color verde y su capa de agotamiento es la parte verde claro rayada. Mientra que la zona N del emisor y colector son azules y sus respectivas capas de agotamiento son azules con rayas. Una vez incrementado la polarización inversa entre colector-base, la parte de abajo de la Figura 1 muestra como las capas de agotamiento de la base se expanden así como la capa N del colector.

La capa de agotamiento del colector se expande aún más que la de la base, porque el colector posee menos dopaje. El principio que controla estas dos anchuras es la neutralidad de cargas. El cambio en la capa de agotamiento del colector, no es relevante, ya que el colector es mucho más grande que la base. Mientras que la unión emisor-base permanece sin cambios, debido a que el voltaje emisor-base es el mismo.

El ensanchamiento en la capa de agotamiento de la base trae consigo dos consecuencias que afectan directamente a la corriente:

• Hay menor probabilidad de recombinación con la región "pequeña" de la base.
• La variación de carga se incrementa a través de la base, y por consecuencia, la corriente de portadores minoritarios inyectados a través de la unión del emisor incrementa.

Estos dos factores incrementan la corriente de colector o de salida del transistor, con un incremento en el voltaje de colector. Esta incrementa la corriente mostrada en la Figura 2.

Las líneas tangentes a las de corriente de base, a voltajes altos, se extrapolan o alargan hacia atrás hasta tocar el eje X o de voltaje, esta intersección es el Voltaje de Early, normalmente se escribe con el símbolo V_A.

Modelo a gran señal

En la región activa directa el Efecto Early modifica la corriente de colector ($I_{\mathrm {C} }$) y la ganancia de corriente ($\beta _{\mathrm {F} }$), descritas con las siguientes ecuaciones:​​

${\begin{aligned}I_{\mathrm {C} }&=I_{\mathrm {S} }e^{\frac {V_{\mathrm {BE} }}{V_{\mathrm {T} }}}\left(1+{\frac {V_{\mathrm {CE} }}{V_{\mathrm {A} }}}\right)\\\beta _{\mathrm {F} }&=\beta _{\mathrm {F0} }\left(1+{\frac {V_{\mathrm {CE} }}{V_{\mathrm {A} }}}\right)\end{aligned}}$

Donde:

• $V_{\mathrm {CE} }$ Es el voltaje colector-emisor.
• $V_{\mathrm {T} }$ Es el voltaje térmico $\mathrm {kT/q}$
• $V_{\mathrm {A} }$ Es el Voltaje de Early (típicamente de 15 V a 150 V; menor para equipos más pequeños)
• $\beta _{\mathrm {F0} }$ Es la ganacia de corriente en polarización cero.

Algunos modelos corrigen el factor de corriente de colector en base al voltaje de colector-base V_CB en lugar de usar el voltaje de colector-emisor V_CE.​ Usando V_CB puede ser más probable físicamente, de acuerdo al origen físico de este efecto, en el cual la anchura de la capa de agotamiento del colector-base dependen en V_CB. Modelos computacionales como el utilizado en SPICE usa en voltaje colector-base.​

Modelo a pequeña señal

El efecto Early puede ser utilizado para análisis a pequeña señal como una resistencia definida como:​

$r_{O}={\frac {V_{A}+V_{CE}}{I_{C}}}\approx {\frac {V_{A}}{I_{C}}}$

Esta en paralelo con la unión colector-emisor del transistor. Esta resistencia puede contar como una resistencia de salida para un espejo de corriente o un amplificador de emisor común.

Recordando el modelo usado en SPICE, usando $V_{CB}$ la resistencia esta dada por:

$r_{O}={\frac {V_{A}+V_{CB}}{I_{C}}}$

esta ecuación concuerda con los resultdos de varios libros. En cualquier ecuación $r_{O}$ varía con el $V_{CB}$ en polarización inversa en CC, como se observa en la práctica ^{[cita requerida]}

En los MOSFET la resistencia de salida está dada por el modelo de Shichman–Hodges model​ (precisa en tecnología antigua) como:

$r_{O}={\frac {1+\lambda V_{DS}}{\lambda I_{D}}}={\frac {1}{I_{D}}}\left({\frac {1}{\lambda }}+V_{DS}\right)$

Donde:

• $V_{DS}$ = Es el volaje Drain-Source
• $I_{D}$ = Corriente de Drain
• $\lambda$ = Modulación del parametro de longitud del canal, usualmente inversamente proporcional a la longitud de canal L. Debido a la semejanza con el resultado del BJT, la terminología del "Efecto Early" suele ser también aplicada a los MOSFET.