晶體管特征頻率的測量

1、晶體管特征頻率的測量晶體管特征頻率的測量定義為共射極輸出交短路電流放大系數(shù)隨頻率增加而下降到1小時的工作頻率，它反映了晶體管共發(fā)射運用具有電流放大作用的頻率極限，是晶體管的一個重要頻率特性參數(shù)。主要取決于晶體管的合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，但也與晶體管工作時的偏置條件密切相關(guān)。因而，晶體管的特征頻率是指在一定集團偏置條件下的測量值。其測試原理通常采用“增益帶寬”積的方法。本實驗的目的是掌握晶體管特征頻率的測試原理及測量方法，熟悉分別隨和變化的規(guī)律，加深其與晶體管結(jié)構(gòu)參數(shù)各工作偏置條件的理解，為晶體管的頻率特性設(shè)計，制造和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。一、實驗原理 共發(fā)射交流工作下，晶體管發(fā)射結(jié)電壓周期性變化引起發(fā)射結(jié)，收

2、集結(jié)空間電荷區(qū)的電荷和其區(qū)，發(fā)射區(qū)，收集區(qū)的少子，多子也隨之不斷重新分布，這種現(xiàn)象可視為勢壘電容各擴散電容的充放電作用。勢壘電容各擴散電容的充放電使由發(fā)射區(qū)通過基區(qū)傳輸?shù)妮d流子減少，傳輸?shù)碾娏鞣戎迪陆?，同時產(chǎn)生載流子傳輸?shù)难訒r，加之載流子渡越收集結(jié)空間電荷區(qū)時間的影響，使輸入，輸出信號產(chǎn)生相移，電流放大系數(shù)變?yōu)閺?fù)數(shù)，并且其幅值隨頻率的升高而下降，相位移也隨頻率的升高而增大，因此，晶體管共發(fā)射極交流短路放大系數(shù)的幅值和相位移是工作頻率的函數(shù)。理論上晶體管共發(fā)射交流短路放大系數(shù)可表示為= (1)其幅值和相位角隨頻率變化的有關(guān)系分別為= (2)= (3)可見，當(dāng)工作頻率<<時，幾乎與頻

3、率無關(guān)；當(dāng)=時，=/, 下降3dB；當(dāng)時，>>，=。根據(jù)定義，=1時的工作頻率即為特征頻率，則有= (4)另外，當(dāng)晶體管共基極截止頻率<500MHz時近似有/(1+m)，微波管中=。所以關(guān)系式(26.4)表明當(dāng)工作頻率滿足<<<時共發(fā)射極交流短路電流放大系數(shù)與工作頻率乘積是一個常數(shù)，該常數(shù)即特征頻率，亦稱“增益帶寬”積。上式同時還表明與成反比，每升高一倍，下降一倍，在對數(shù)坐標(biāo)上就是的(-6dB)/倍頻關(guān)系曲線，圖1表示了隨頻率變化的關(guān)系。直接在=1的條件下測量是比較困難的，而在工作頻率滿足<<<<之關(guān)系時測得，爾后再乘以該測試頻率，也

4、就是利用圖26.1的線段就可以在較低頻率下獲得特征頻率，使測試變得簡單，這就是通常測量的基本原理。晶體管原理課中分析了特征頻率與晶體管結(jié)構(gòu)等參數(shù)的基本關(guān)系。在一般情況下晶體管的收集結(jié)勢壘電容遠小于發(fā)射結(jié)勢壘電容，如果再忽略寄生電容的影響，那么特征頻率可以 -10030201040單位增益-6dB/倍頻程圖1電流放大系數(shù)與頻率的關(guān)系 表示為: = (5)很明顯，是發(fā)射結(jié)電阻，基區(qū)寬度，勢壘電容各勢壘區(qū)寬度等的函數(shù)。而這些參數(shù)雖然主要取決于晶體管的結(jié)構(gòu)，但也與晶體管的工作條件有關(guān)，即工作偏置不同也不等。因此。通常所說的某晶體管的特征頻率是指在一定偏置條件下的測量值。圖2（a）表示了等于常數(shù)時隨的變

5、化。圖2（b）表示等于常數(shù)時，隨的變化。這種變化是載流子傳輸時間隨工作偏置改變所致。將關(guān)系式kT/q代入式(5)，得到=C圖2（a）=C圖2(b)= (6)一般情況下，在收集極工作電壓一定，<時，可近似認為,與無關(guān)，因而通過測量隨的變化，并作出1/與1/的關(guān)系曲線，由曲線斜率即可求得的近似值，同時由曲線的截距求得+的近似值。的測試裝置如圖26.3所示。其中信號源提供<<<范圍內(nèi)的所需要的點頻信號電流，電流調(diào)節(jié)器控制輸入被測管的基極電流，測試回路和偏置電源向被測管提供規(guī)范偏置條件，寬帶放大器則對被測管的輸出信號進行放大，顯示系統(tǒng)指示值。顯然顯示系統(tǒng)表頭指示的參數(shù)是經(jīng)被測管

6、放大了的信號源電流信號，但經(jīng)測試前后的“校正”各“衰減”處理可轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的值。其過程和原理如下，測前“校正”時被測管開路，基極和收集極插孔短接，旋轉(zhuǎn)電流調(diào)節(jié)旋扭使指示表頭顯示一定值，這樣就預(yù)置了基極電流。插入被測管測試時顯示系統(tǒng)表頭就指示了經(jīng)被測管放大了的輸入信號電流。由于測試過程中被測的基極電流仍保持在“校正”時的值，則取二者的比值就確定了，然后乘以信號頻率即可得到晶體管的特征頻率。如果測試時取了一定的衰減倍率，那么計算時將預(yù)置的基極電流也縮小同樣倍數(shù)其結(jié)果不會改變。測試電路點頻信號源電源調(diào)節(jié)偏置電源寬帶放大器特征頻率顯示衰減器校校圖3特征頻率測試系統(tǒng)方框示意圖目前，的測量多采用晶體管特征頻

7、率測試儀，盡管測試儀的型號不同，但都是依據(jù)增益帶寬積的原理而設(shè)計的，其結(jié)構(gòu)框圖仍可用圖3表示，測量方法也基本與上述相同，差別在于測試儀“校正”時要預(yù)置基極電流使顯示表頭滿偏，這實際上是信號源輸出一恒定其極電流。因此，測量時必須進行一定倍頻的衰減，否則表頭會因超滿度而無法讀出，有的測試儀其衰減倍率設(shè)置在儀器面板上，需要預(yù)先設(shè)定，而的有測試儀則將一定的衰減倍率設(shè)定在了儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，測試時無須考慮，正是由于測試儀信號源輸給被測管的基極電流是其極電流是定值，所以在顯示表頭上直接刻劃出了值，可以直接讀出。另外，否則不同測試儀的測量范圍不同，信號源頻率不等，所含測試點頻數(shù)量也可能不一樣。如:QG-25型

8、信號源測試頻率固定為400MHz，測試范圍為4004000MHz；QG16型信號源可以輸出10MHz，30MHz，100MHz三個測試頻率，測試范圍為1001000MHz等。使用哪種測試儀和選用哪個測試頻率則要視的范圍根據(jù)<<<確定。二，實驗內(nèi)容1.在規(guī)范,偏置條件下測量所選晶體管的特征頻率2. 置規(guī)范值，改變測量變化關(guān)系。3. 置規(guī)范值，改變測量變化頭條。4.在被測管的發(fā)射結(jié)并接數(shù)pF電容，觀察變化。5.求出被測管的,+的近似值。6.改變測試頻率重新進行14的實驗。三.實驗的步驟1.了解所用特征頻率測試的測試范圍，信號源的工作頻率，熟悉使用方法，然后開機預(yù)熱。2.選取被測晶體管樣品，從器件手冊查出其的規(guī)范測試條件。3.做好測量準(zhǔn)備工作。（1）確定信號源工作頻率。（2）校正測試儀，預(yù)置基極電流。（3）將儀器置測量狀態(tài)。4.在規(guī)范偏置條件下測量樣管的。5.在規(guī)范值測量關(guān)系6. 在規(guī)范值測量關(guān)系7.在被測管發(fā)射結(jié)并接pF電容，重復(fù)4,5,6項工作。8.將測試儀恢復(fù)到“準(zhǔn)備”狀態(tài)。9.改變信號測試頻率，重新進行4,5,6,7項實驗。四，數(shù)據(jù)處理和分析1.將實驗步驟4,5,6,7,9的測試及結(jié)果數(shù)據(jù)列表，并計算相應(yīng)的值。2.依實驗數(shù)據(jù)分別給出,和1/1/關(guān)系曲線。3.由1/1/曲線計算出,+值。4.對實驗步驟5,6,7的相應(yīng)曲線和