第三章 雙極型晶體管的頻率特性

1、1第三章第三章 雙極型晶體管的頻率特性雙極型晶體管的頻率特性 在實(shí)際運(yùn)用中，晶體管大多數(shù)都是在直流偏壓下放在實(shí)際運(yùn)用中，晶體管大多數(shù)都是在直流偏壓下放大交流信號(hào)。隨著工作頻率的增加，晶體管內(nèi)部各個(gè)部位大交流信號(hào)。隨著工作頻率的增加，晶體管內(nèi)部各個(gè)部位的電容效應(yīng)將起著越來(lái)越重要的作用，因而致使晶體管的的電容效應(yīng)將起著越來(lái)越重要的作用，因而致使晶體管的特性發(fā)生明顯的變化。特性發(fā)生明顯的變化。 本章討論在高頻信號(hào)作用下晶體管的哪些特性參數(shù)本章討論在高頻信號(hào)作用下晶體管的哪些特性參數(shù)發(fā)生什么樣的變化以及這些這些變化與工作頻率的關(guān)系等，發(fā)生什么樣的變化以及這些這些變化與工作頻率的關(guān)系等，以便能更好地認(rèn)識(shí)

2、高頻下晶體管特性的變化規(guī)律，更重要以便能更好地認(rèn)識(shí)高頻下晶體管特性的變化規(guī)律，更重要的是了解應(yīng)設(shè)計(jì)制造什么樣的晶體管以滿足高頻工作條件的是了解應(yīng)設(shè)計(jì)制造什么樣的晶體管以滿足高頻工作條件的要求。為此，首先介紹晶體管高頻工作下的特殊參數(shù)，的要求。為此，首先介紹晶體管高頻工作下的特殊參數(shù)，然后再討論這些參數(shù)與結(jié)構(gòu)、工作條件的關(guān)系等。然后再討論這些參數(shù)與結(jié)構(gòu)、工作條件的關(guān)系等。2 雙極型三極管的參數(shù)參 數(shù)型 號(hào) PCM mW ICM mAVR CBO VVR CEO VVR EBO V IC BO A f T MHz3AX31D 125 125 20 126* 83BX31C 125 125 40 2

3、46* 83CG101C3CG101C 100 30 450.1 1003DG123C3DG123C 500 50 40 300.353DD101D3DD101D 5W 5A 300 25042mA3DK100B3DK100B 100 30 25 150.1 3003DK23G 250W 30A 400 325 8注：*為 f 功率特性功率特性3 雙極型三極管的參數(shù)參 數(shù)型 號(hào) PCM mW ICM mAVR CBO VVR CEO VVR EBO V IC BO A f T MHz3AX31D 125 125 20 126* 83BX31C 125 125 40 246* 83CG101C3

4、CG101C 100 30 450.1 1003DG123C3DG123C 500 50 40 300.353DD101D3DD101D 5W 5A 300 25042mA3DK100B3DK100B 100 30 25 150.1 3003DK23G 250W 30A 400 325 8注：*為 f 反向特性反向特性4 雙極型三極管的參數(shù)參 數(shù)型 號(hào) PCM mW ICM mAVR CBO VVR CEO VVR EBO V IC BO A f T MHz3AX31D 125 125 20 126* 83BX31C 125 125 40 246* 83CG101C3CG101C 100 30

5、 450.1 1003DG123C3DG123C 500 50 40 300.353DD101D3DD101D 5W 5A 300 25042mA3DK100B3DK100B 100 30 25 150.1 3003DK23G 250W 30A 400 325 8注：*為 f 頻率頻率特性特性hfe放大特性放大特性開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)特性參數(shù)開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)特性參數(shù)5第三章第三章 雙極型晶體管的頻率特性雙極型晶體管的頻率特性3.1 晶體管晶體管交流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)與與頻率參數(shù)頻率參數(shù)3.2 晶體管的晶體管的交流特性交流特性分析分析3.3 晶體管的晶體管的高頻參數(shù)高頻參數(shù)及及等效電路等效電路3.4

6、高頻下晶體管中高頻下晶體管中載流子的輸運(yùn)載流子的輸運(yùn)及及中間參數(shù)中間參數(shù)3.5 晶體管電流放大系數(shù)的頻率關(guān)系晶體管電流放大系數(shù)的頻率關(guān)系3.6 晶體管的晶體管的高頻功率增益高頻功率增益3.7 工作條件工作條件對(duì)晶體管對(duì)晶體管fT、KPm的影響的影響6eciibcii11一、交流短路電流放大系數(shù)一、交流短路電流放大系數(shù)共基極交流短路電流放大系數(shù)：共基極交流短路電流放大系數(shù)：共發(fā)射極極交流短路電流放大系數(shù)：共發(fā)射極極交流短路電流放大系數(shù)：兩者之間的關(guān)系：兩者之間的關(guān)系： 3.1 晶體管交流電流放大系數(shù)與頻率參數(shù)晶體管交流電流放大系數(shù)與頻率參數(shù)7二、晶體管的頻率參數(shù)二、晶體管的頻率參數(shù) 截止頻率截止

7、頻率 f ： 共基極電流放大系數(shù)減小到低頻值的共基極電流放大系數(shù)減小到低頻值的 所對(duì)應(yīng)的頻率值所對(duì)應(yīng)的頻率值21 截止頻率截止頻率 f ：共發(fā)射極電流放大系數(shù)減小到低頻值的共發(fā)射極電流放大系數(shù)減小到低頻值的 所對(duì)應(yīng)的頻率值所對(duì)應(yīng)的頻率值21200由ff200由ff8特征頻率特征頻率fT：共發(fā)射極交流短路電流放大系數(shù)為：共發(fā)射極交流短路電流放大系數(shù)為1時(shí)時(shí) 對(duì)應(yīng)的工作頻率對(duì)應(yīng)的工作頻率最高振蕩頻率最高振蕩頻率fM：功率增益為：功率增益為1時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率10由Tff時(shí)，Mff ）（輸入信號(hào)功率輸出信號(hào)功率功率增益dB01iopppK二、晶體管的頻率參數(shù)二、晶體管的頻率參數(shù)9二、晶體管的頻

8、率參數(shù)二、晶體管的頻率參數(shù)10 3.2 晶體管的交流特性分析晶體管的交流特性分析 晶體管在實(shí)際應(yīng)用時(shí)大多是在直流偏壓上疊加上交晶體管在實(shí)際應(yīng)用時(shí)大多是在直流偏壓上疊加上交流小信號(hào)，即作用在結(jié)上的總電壓應(yīng)為交、直流兩部分流小信號(hào)，即作用在結(jié)上的總電壓應(yīng)為交、直流兩部分電壓之和，如果所疊加的交流信號(hào)為正弦波，則電壓之和，如果所疊加的交流信號(hào)為正弦波，則作用在發(fā)射結(jié)上的總電壓為：作用在發(fā)射結(jié)上的總電壓為：作用在集電結(jié)上的總電壓為：作用在集電結(jié)上的總電壓為：tjeEeEeeuV(t)uVVtjcCcCceuV(t)uVV 11注意：一維模型中規(guī)定的電流方向注意：一維模型中規(guī)定的電流方向 與與npn管實(shí)

9、際電流方向相反管實(shí)際電流方向相反12一、均勻基區(qū)晶體管（以一、均勻基區(qū)晶體管（以npn管為例）管為例）交流信號(hào)作用下交流信號(hào)作用下基區(qū)電子一維擴(kuò)散方程基區(qū)電子一維擴(kuò)散方程基區(qū)電子密度分布基區(qū)電子密度分布（直流、交流疊加）（直流、交流疊加）分解與時(shí)間有關(guān)項(xiàng)分解與時(shí)間有關(guān)項(xiàng)和與時(shí)間無(wú)關(guān)項(xiàng)和與時(shí)間無(wú)關(guān)項(xiàng)基區(qū)電子電流密度基區(qū)電子電流密度交流分量交流分量通過(guò)發(fā)射結(jié)的空穴通過(guò)發(fā)射結(jié)的空穴電流密度交流分量電流密度交流分量交流信號(hào)作用下交流信號(hào)作用下發(fā)射區(qū)空穴一維擴(kuò)散方程發(fā)射區(qū)空穴一維擴(kuò)散方程均勻基區(qū)晶體管均勻基區(qū)晶體管交流電流交流電流-電壓方程電壓方程高頻參數(shù)高頻參數(shù)頻率特性頻率特性13一、均勻基區(qū)晶體管（

10、以一、均勻基區(qū)晶體管（以npn管為例）管為例）nnnnnnnxnDtndxdnDxjnxjtn22)( 一維擴(kuò)散方程：擴(kuò)散定律：一維連續(xù)性方程：在交流信號(hào)作用下基區(qū)電子的一維擴(kuò)散方程：在交流信號(hào)作用下基區(qū)電子的一維擴(kuò)散方程：tjbbnbnbbbbexnxntxnxntxnttxnDLntxnxtxn)()(),()(),(),(1),(),(101020221401)()()()()(0)()(21212121212200202nbnbtjnbnbtjtjnbbLjxndxxndexnDjLexnxexnLnxnxxnnnbnbCLj21令0)()(12212xnCdxxndnxCxCnnBe

11、Aexn)(115xCxCnnBeAexn)(1邊界條件：邊界條件：x=0時(shí)時(shí)，kTtqukTqVbkTtuVqbbeEeEeenenn/ )(0)(0)0(tjeEtjtjekTqVbkTqVbennenneukTqenenEE) 0() 0(1000邊界條件：邊界條件：x=WbtjcCbbennWn)(kTqunnenncCckTqVbCC0其中：其中：16tjeEbnbnbEtjebnbnbkTqVbbekTqunWCshxWshCWxnenWCshxWshCWxentxnE)()()1 ()()()1 (),(0tjebnbntjxWCxWCbnecCtjxCbncWCexCbnWCe

12、cenWCshxWshCeeeWCshntxnnqkTVeeWCshneneWCshenntxnbnbnnbnnbn)()( )(2),(0)(2)(2),()()(1117通過(guò)基區(qū)的電子電流密度交流分量通過(guò)基區(qū)的電子電流密度交流分量tjxCbncWCexCbnWCecnnbnbneeWCshneneWCshennCqDxtxnqDtxjnbnnbn)(2)(2),(),(1tjbncCbneEnnbtjbnebnWCWCennbneneWChkTqunWCcthkTqunCqDeWCshnWCsheenCqDjtjbnbn)(csc)()()(2(), 0(tjbncCbneEnnbncbn

13、eWCcthkTqunWChkTqunCqDjtWj)()(csc),(同理，可求出通過(guò)發(fā)射結(jié)的空穴電流密度的交流分量同理，可求出通過(guò)發(fā)射結(jié)的空穴電流密度的交流分量tjeepepEeuWCshxWshCkTqptxp)()(),(1tjeeppEpepepepeeuWCcthCkTqpqDxtxpqDtjj)(),(), 0(121pepepLjC18通過(guò)發(fā)射結(jié)的交流電流分量：通過(guò)發(fā)射結(jié)的交流電流分量：集電極電流的交流分量：集電極電流的交流分量：tjeepEppecbnCebnEnnbpenepeneeeuWCkTqpCDuWCkTqnuWCkTqnCDAqjjAiii)cth()csch()

14、cth()(tjcbnCebnEnnbncncceuWCkTqnuWCkTqnCqDAjAii)cth()csch(*此二式即為此二式即為均勻基區(qū)晶體管交流電流均勻基區(qū)晶體管交流電流電壓方程電壓方程19基區(qū)寬變效應(yīng)：基區(qū)寬度隨結(jié)電壓變化而變化，從而引起輸出電流的變化cbVW基區(qū)寬變因子：計(jì)入基區(qū)寬變效應(yīng)：計(jì)入基區(qū)寬變效應(yīng)：27)-(3 )(thsh)th(126)-(3 )(sh1th)th(1*tjccbbnnnCebnnbbnbnEctjccbbnnnCenbpEbnnbbnbnEeeuVWWCCIuWCLWjkTqIieuVWWCCIujkTqIWCLWjkTqIi20二、緩變基區(qū)晶體管

15、二、緩變基區(qū)晶體管基區(qū)電子的一維連續(xù)性方程基區(qū)電子的一維連續(xù)性方程tjnbbbnbnbexnxntxnxntxnttxnntxnxtxnExtxnD)()(),()(),(),(),(),(),(101002221 3.3 晶體管的高頻參數(shù)及等效電路晶體管的高頻參數(shù)及等效電路一、晶體管高頻一、晶體管高頻Y參數(shù)及其等效電路參數(shù)及其等效電路二、晶體管高頻二、晶體管高頻h參數(shù)及其等效電路參數(shù)及其等效電路 將晶體管看作四端網(wǎng)絡(luò)來(lái)討論其高頻特性（輸入、輸將晶體管看作四端網(wǎng)絡(luò)來(lái)討論其高頻特性（輸入、輸出關(guān)系）出關(guān)系） 描述四端網(wǎng)絡(luò)的高頻參數(shù)（方程組）有描述四端網(wǎng)絡(luò)的高頻參數(shù)（方程組）有 Y參數(shù)參數(shù)短路導(dǎo)納

16、參數(shù)短路導(dǎo)納參數(shù) Z參數(shù)參數(shù)開(kāi)路阻抗參數(shù)開(kāi)路阻抗參數(shù) h參數(shù)參數(shù)混合參數(shù)混合參數(shù) S參數(shù)參數(shù)散射參數(shù)散射參數(shù) 等等 Y參數(shù)的表達(dá)形式與晶體管的參數(shù)的表達(dá)形式與晶體管的I-V方程一致，可直接由方程一致，可直接由I-V方程得到，且物理意義明顯方程得到，且物理意義明顯 h參數(shù)更符合晶體管的實(shí)際特點(diǎn)，易于實(shí)際測(cè)量參數(shù)更符合晶體管的實(shí)際特點(diǎn)，易于實(shí)際測(cè)量22n晶體管高頻參數(shù)是高頻特性方程組中的一組參數(shù)晶體管高頻參數(shù)是高頻特性方程組中的一組參數(shù)n一方面，將晶體管的結(jié)構(gòu)參數(shù)與四端網(wǎng)絡(luò)的特性一方面，將晶體管的結(jié)構(gòu)參數(shù)與四端網(wǎng)絡(luò)的特性參數(shù)相聯(lián)系參數(shù)相聯(lián)系n另一方面，通過(guò)等效電路反映晶體管內(nèi)部結(jié)構(gòu)與另一方面，通過(guò)

17、等效電路反映晶體管內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外電路的關(guān)系，使晶體管的外電路的關(guān)系，使晶體管的CAD及計(jì)算機(jī)模擬得及計(jì)算機(jī)模擬得以實(shí)現(xiàn)以實(shí)現(xiàn) 3.3 晶體管的高頻參數(shù)及等效電路晶體管的高頻參數(shù)及等效電路23一、晶體管高頻一、晶體管高頻Y參數(shù)及其等效電路參數(shù)及其等效電路由交流由交流I-V方程可以直接得到最基本的方程可以直接得到最基本的Y參數(shù)，稱為參數(shù)，稱為本征參數(shù)本征參數(shù)加上（必要的）非本征參數(shù)構(gòu)成較完整的高頻等效電路加上（必要的）非本征參數(shù)構(gòu)成較完整的高頻等效電路Ie、Ic的幅值：的幅值：34)-(3 )(thsh)th(133)-(3 )(sh1th)th(1)(*)()(*)()()()(ccbbnnnCe

18、bnnbbnbnEcccbbnnnCenbpEbnnbbnbnEeuVWWCCIuWCLWjkTqIIuVWWCCIujkTqIWCLWjkTqII27)-(3 )(thsh)th(126)-(3 )(sh1th)th(1*tjccbbnnnCebnnbbnbnEctjccbbnnnCenbpEbnnbbnbnEeeuVWWCCIuWCLWjkTqIieuVWWCCIujkTqIWCLWjkTqIi24cecceeuuIuuI cccececceceeeeuYuYIuYuYI按四端網(wǎng)絡(luò)定義方向整理后：按四端網(wǎng)絡(luò)定義方向整理后：34a)-(3 )(thsh)th(133a)-(3 )(sh1th

19、)th(1*ccbbnnnCebnnbbnbnEcccbbnnnCenbpEbnnbbnbnEeuVWWCCIuWCLWjkTqIIuVWWCCIujkTqIWCLWjkTqII2539)-(3 )(38)-(3 )(137)-(3 )()(36)-(3 1)(1*cbbnnnCiccbnnbbnbnEicecbbnnnCiecnbpEbnnbbnbnEieeVWWthCCIYWshCLWthjkTqIYVWWCshCIYjkTqIWthCLWthjkTqIY由連續(xù)性方程所得，稱本征由連續(xù)性方程所得，稱本征Y參數(shù)，且沒(méi)有頻率限制參數(shù)，且沒(méi)有頻率限制261、共基極本征輸入導(dǎo)納、共基極本征輸入導(dǎo)納

20、Ycei0cueeieeuIY輸出端交流短路時(shí)，輸入端交流電流幅輸出端交流短路時(shí)，輸入端交流電流幅值隨輸入電壓的變化值隨輸入電壓的變化1) 設(shè)設(shè) =1，即忽略，即忽略IpE2) 認(rèn)為認(rèn)為 Wb/Lnb為一階無(wú)窮小，展開(kāi)雙曲函數(shù)，略去高為一階無(wú)窮小，展開(kāi)雙曲函數(shù)，略去高次項(xiàng)，還原次項(xiàng)，還原Cn36)-(3 1)(1nbpEbnnbbnbnEieejkTqIWthCLWthjkTqIY40)-(3 )31 (3)1 (1 )31)(1222nbbnEnbbnbnEbnbnnbbnbnEieeDWjkTqILWjkTqIWCWCLWjkTqIY27DeeieeDenbbenEeCjgYCDWgkTq

21、Ig3,2進(jìn)而令令nbbeDeEepEDWgCkTqIgI2 ,緩變基區(qū)時(shí)緩變基區(qū)時(shí)計(jì)入計(jì)入物理本質(zhì)是一樣的物理本質(zhì)是一樣的形式（區(qū)域）不同，其形式（區(qū)域）不同，其即系數(shù)之差是因?yàn)榉植技聪禂?shù)之差是因?yàn)榉植迹膮^(qū)域?yàn)榈膮^(qū)域?yàn)榻Y(jié)中積累電荷結(jié)中積累電荷，在，在和和取決于取決于，晶體管基區(qū)積累電荷，晶體管基區(qū)積累電荷說(shuō)明：相同正向電流下說(shuō)明：相同正向電流下在發(fā)射結(jié)中在發(fā)射結(jié)中）在二極管中（在二極管中（ n-p)( 2 )211 (1291222nbbnbnbbnbbnbenbbeDepDDpFLWDLWLWgDWgCgCCjgjkTqIY282、共基極本征輸出導(dǎo)納、共基極本征輸出導(dǎo)納Ycci0eucc

22、iccuIY輸入端交流短路時(shí)，輸出端交流電流幅輸入端交流短路時(shí)，輸出端交流電流幅值隨輸出電壓的變化值隨輸出電壓的變化DccnbbccbbnnnCiccieeCjgDWjgVWWCthCIYY )31 ( )()( 12*類似的變換類似的變換，經(jīng)與，經(jīng)與設(shè)集電區(qū)倍增因子設(shè)集電區(qū)倍增因子nbbcDccbnbbnbnCcDWgCVWLWthLIg3)()(2 其中，其中，293、共基極本征正向轉(zhuǎn)移導(dǎo)納、共基極本征正向轉(zhuǎn)移導(dǎo)納Ycei0cueciceuIY輸出端交流短路時(shí)，輸入端交流電壓對(duì)輸出端交流短路時(shí)，輸入端交流電壓對(duì)輸出端交流電流的影響輸出端交流電流的影響ieeicenbbuecieeueeec

23、uecicenbbieenbbnbbeiceYYDWjIIYuIIIuIYDWjYDWjDWjgYccc于是，于是，由定義由定義211)()(211211)31 (2*000222說(shuō)明：正向轉(zhuǎn)移導(dǎo)納可看作將輸入導(dǎo)納轉(zhuǎn)移到說(shuō)明：正向轉(zhuǎn)移導(dǎo)納可看作將輸入導(dǎo)納轉(zhuǎn)移到 （被（被 放大了的）輸出端的等效導(dǎo)納，或放大了的）輸出端的等效導(dǎo)納，或 者說(shuō)，是輸出端輸出的，被放大了的輸者說(shuō)，是輸出端輸出的，被放大了的輸 入導(dǎo)納入導(dǎo)納 即：由輸入電壓即：由輸入電壓ue輸入電流輸入電流Ie輸出電流輸出電流Ic304、共基極本征反向轉(zhuǎn)移導(dǎo)納、共基極本征反向轉(zhuǎn)移導(dǎo)納Yeci0euceiecuIY輸入端交流短路時(shí)，輸出端交

24、流電壓對(duì)輸入端交流短路時(shí)，輸出端交流電壓對(duì)輸入端電流的影響輸入端電流的影響ecicecbbnbbeieccbbecbbEcbbnccbnbbnbnccnbbciecYVWqkTWDWjgYVWqkTWgVWqkTkTWqIVWWIVWLWthLIgDWjgY)(1)61 ()()()()()()61 (20002310)(1 eICEcbbecVVVWqkTW 其中，其中， 無(wú)量綱，稱為無(wú)量綱，稱為電壓反饋系數(shù)電壓反饋系數(shù) 當(dāng)保持發(fā)射極交流開(kāi)路時(shí)，即當(dāng)保持發(fā)射極交流開(kāi)路時(shí)，即Ie=0，IE不變，不變，集電極電壓變化對(duì)發(fā)射極電壓的影響集電極電壓變化對(duì)發(fā)射極電壓的影響 也稱也稱反向電壓放大系數(shù)反向

25、電壓放大系數(shù) 發(fā)射極交流開(kāi)路，意味著發(fā)射極電流維持直流發(fā)射極交流開(kāi)路，意味著發(fā)射極電流維持直流偏置電流不變（恒流），當(dāng)偏置電流不變（恒流），當(dāng)VcVc時(shí)，時(shí)，Wb產(chǎn)產(chǎn)生生Wb的變化，引起基區(qū)少子分布變化，為了的變化，引起基區(qū)少子分布變化，為了使使IE不變不變(Ie=0)，應(yīng)有，應(yīng)有VE使使nE變化變化nEn(x)nEnb(x)xn(x)bW En 32DcciccnbbeicenbbciecDeeieeCjgYDWjgYDWjgYCjgYY)61 ()61 ( 22參數(shù)表達(dá)為：綜上，共基極大大正向轉(zhuǎn)移導(dǎo)納被反向放正向轉(zhuǎn)移導(dǎo)納被反向放反向轉(zhuǎn)移導(dǎo)納反向轉(zhuǎn)移導(dǎo)納輸入導(dǎo)納輸入導(dǎo)納輸出的輸出的被放大了的

26、被放大了的輸出端輸出端正向轉(zhuǎn)移導(dǎo)納正向轉(zhuǎn)移導(dǎo)納iceeciecieeiceYYYY3334二、晶體管高頻二、晶體管高頻h參數(shù)及其等效電路參數(shù)及其等效電路oiooiiuhIhIuhIhu22211211種情況討論：種情況討論：分共基極、共發(fā)射極兩分共基極、共發(fā)射極兩得相應(yīng)的參數(shù)。得相應(yīng)的參數(shù)。阻輸出端短路，就可測(cè)阻輸出端短路，就可測(cè)使低阻輸入端開(kāi)路或高使低阻輸入端開(kāi)路或高配好，易于測(cè)量。配好，易于測(cè)量。特點(diǎn)是與晶體管特性匹特點(diǎn)是與晶體管特性匹：參數(shù)為混合小信號(hào)參數(shù)參數(shù)為混合小信號(hào)參數(shù)為導(dǎo)納量綱為阻抗量綱無(wú)量綱22112112hh、hhh 35二、晶體管高頻二、晶體管高頻h參數(shù)及其等效電路參數(shù)及其

27、等效電路cobefbccrbeibeuhIhIuhIhu1、共基極、共基極h參數(shù)及其等效電路參數(shù)及其等效電路 輸入端電壓為兩部分電壓串聯(lián)輸入端電壓為兩部分電壓串聯(lián) 輸入電流在輸入阻抗上的壓降輸入電流在輸入阻抗上的壓降 輸出電壓對(duì)輸入回路的反作用（電壓源）輸出電壓對(duì)輸入回路的反作用（電壓源） 輸出電流為兩部分電流并聯(lián)輸出電流為兩部分電流并聯(lián) 被放大的輸入電流（電流源）被放大的輸入電流（電流源） 輸出電壓在輸出阻抗上產(chǎn)生的電流輸出電壓在輸出阻抗上產(chǎn)生的電流+-+-iehrbucichibhfbIchobbec36出導(dǎo)納出導(dǎo)納輸入端交流開(kāi)路時(shí)的輸輸入端交流開(kāi)路時(shí)的輸或正向電流傳輸系數(shù)或正向電流傳輸系

28、數(shù)流放大系數(shù)，流放大系數(shù)，輸出端交流短路時(shí)的電輸出端交流短路時(shí)的電壓反饋比壓反饋比輸入端交流開(kāi)路時(shí)的電輸入端交流開(kāi)路時(shí)的電入阻抗入阻抗輸出端交流短路時(shí)的輸輸出端交流短路時(shí)的輸參數(shù)分別表示：參數(shù)分別表示：四個(gè)四個(gè)0000ececIccobuecfbIcerbueeibuIhIIhuuhIuhh h參數(shù)與參數(shù)與Y參數(shù)只是從不同角度反映晶體管內(nèi)部電流、參數(shù)只是從不同角度反映晶體管內(nèi)部電流、電壓關(guān)系，電壓關(guān)系，因而其間可以互相轉(zhuǎn)換因而其間可以互相轉(zhuǎn)換 低頻時(shí)可忽略電容效應(yīng)低頻時(shí)可忽略電容效應(yīng) 高頻時(shí)可忽略基區(qū)寬變效應(yīng)高頻時(shí)可忽略基區(qū)寬變效應(yīng)37低頻時(shí)可忽略電容效應(yīng)低頻時(shí)可忽略電容效應(yīng)高頻時(shí)可忽略基區(qū)寬

29、變效應(yīng)高頻時(shí)可忽略基區(qū)寬變效應(yīng)38 h11和h12的意義 h21和h22的意義2、共發(fā)射極、共發(fā)射極h參數(shù)及其等效電路參數(shù)及其等效電路 coebfeccrebiebuhihiuhihuoiooiiuhihiuhihu22211211 h參數(shù)都是小信號(hào)參數(shù)，即參數(shù)都是小信號(hào)參數(shù)，即微變參數(shù)或交流參數(shù)。微變參數(shù)或交流參數(shù)。 h參數(shù)與工作點(diǎn)有關(guān)，在放參數(shù)與工作點(diǎn)有關(guān)，在放大區(qū)基本不變。大區(qū)基本不變。 h參數(shù)都是微變參數(shù)，所以參數(shù)都是微變參數(shù)，所以只適合對(duì)交流小信號(hào)的分析只適合對(duì)交流小信號(hào)的分析394041n目的目的：高頻下晶體管電流放大系數(shù)隨工作頻率變化的物理實(shí)質(zhì)（關(guān)系）n方法方法：利用晶體管的等效

30、電路，逐步分析載流子的運(yùn)動(dòng)過(guò)程（中間參數(shù)）n實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)：RC回路對(duì)高頻信號(hào)產(chǎn)生延遲和相移（電容的分流作用） 3.4 高頻下晶體管中載流子的輸運(yùn)過(guò)程高頻下晶體管中載流子的輸運(yùn)過(guò)程發(fā)射結(jié)發(fā)射發(fā)射結(jié)發(fā)射基區(qū)輸運(yùn)基區(qū)輸運(yùn)集電結(jié)收集集電結(jié)收集集電極輸出集電極輸出42一、發(fā)射效率及發(fā)射結(jié)延遲時(shí)間一、發(fā)射效率及發(fā)射結(jié)延遲時(shí)間1x2x1x2x1x2xeipeneiiTeCiEerTeC對(duì)對(duì)CTe進(jìn)行充、放電的電流對(duì)輸出沒(méi)有貢獻(xiàn)，導(dǎo)致進(jìn)行充、放電的電流對(duì)輸出沒(méi)有貢獻(xiàn)，導(dǎo)致降低降低43因re、CTe并聯(lián)，具有等電壓關(guān)系TeCpeneneeneiiiiii由定義：peneTeCiiipeneneiii11TeCepe

31、neCjiriiTe1)(TeeeeCr 1令ej20)(1 e發(fā)射效率的幅值：)(earctg相位：000045222，時(shí)，當(dāng)je發(fā)射極截止角頻率發(fā)射結(jié)延遲時(shí)間TeepeneCCrjiiiTe peneTeCiii 10 ej 10202011)()(eeej CTe的作用的作用：1、對(duì)、對(duì) Ie的分流作用使發(fā)射效率幅的分流作用使發(fā)射效率幅 值隨頻率升高而下降值隨頻率升高而下降 2、RC延遲作用使注入電流滯后于延遲作用使注入電流滯后于 輸入電流一個(gè)相位角輸入電流一個(gè)相位角44二、基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)及基區(qū)渡越時(shí)間二、基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)及基區(qū)渡越時(shí)間基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)隨信號(hào)頻率升高而減?。夯鶇^(qū)輸運(yùn)系數(shù)隨信號(hào)頻率升

32、高而減?。?實(shí)質(zhì)是高頻信號(hào)首先對(duì)發(fā)射結(jié)擴(kuò)散電容充放電實(shí)質(zhì)是高頻信號(hào)首先對(duì)發(fā)射結(jié)擴(kuò)散電容充放電（基區(qū)積累電荷的數(shù)量改變），這一電流僅形成基（基區(qū)積累電荷的數(shù)量改變），這一電流僅形成基極電流，對(duì)輸出電流沒(méi)有貢獻(xiàn)，導(dǎo)致輸運(yùn)系數(shù)降低極電流，對(duì)輸出電流沒(méi)有貢獻(xiàn)，導(dǎo)致輸運(yùn)系數(shù)降低及信號(hào)延遲及信號(hào)延遲45二、基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)及基區(qū)渡越時(shí)間二、基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)及基區(qū)渡越時(shí)間tjbncCbneEnnbncbnbtjbncCbneEnnbnenbeWCkTqunWCkTqunCqDjtWjeWCkTqunWCkTqunCqDjtj)(cth)(csch),()(csch)(cth), 0()(sech)(ch1)0()(

33、*bnbnnbbnbWCWCjWj注意：以集電極交流短注意：以集電極交流短路為條件路為條件，即，即uc=035)-(2 )(sech*0nbbLW低頻下21nbnbnLjC)(sech)(sech*0*nbbbnLWWC67)-(3 )(ch1)(sech212212nbbnbbDWjDWj46進(jìn)行整理、簡(jiǎn)化，得bbjejm1*0*稱為基區(qū)渡越時(shí)間角頻率稱為基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)截止稱為超相移因子其中，bbm 22)1 (bnbbWDm 對(duì)均勻基區(qū)對(duì)均勻基區(qū)m0.22nbbbbDmW2)1 (122)1 (bnbbWDmnbbbbDmW)1 (12對(duì)基區(qū)雜質(zhì)按指數(shù)分對(duì)基區(qū)雜質(zhì)按指數(shù)分布的緩變基區(qū)晶體管布

34、的緩變基區(qū)晶體管098. 022. 0m47對(duì)于均勻基區(qū)，如果對(duì)于均勻基區(qū)，如果(3-67)展開(kāi)雙展開(kāi)雙曲函數(shù)后取一級(jí)近似，則有曲函數(shù)后取一級(jí)近似，則有nbbDWj2*0*21DeeCrj1*0*比較上兩式，有比較上兩式，有nbbDeebbDWCr212因re和CDe并聯(lián)等電壓，則有DeeDeeneCCrjCjriiDe1*10neCCnenenencCnencnenciiiiiiiiiiiiDeDeDe另一方面，由定義48對(duì)于均勻基區(qū)渡越時(shí)間有以下三個(gè)表達(dá)式：對(duì)于均勻基區(qū)渡越時(shí)間有以下三個(gè)表達(dá)式：nbbDeebbDWCr3121,即取忽略導(dǎo)納時(shí)，在計(jì)算共基極本征輸入peinbbDeebbDW

35、Cr44. 21222. 0m取二階近似，流密度，由連續(xù)性方程解得的電nbbDeebbDWCr2120mb最大，近似，展開(kāi)雙曲函數(shù)后取一階 m的實(shí)質(zhì)是基區(qū)少子建立準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)分布的弛豫時(shí)間與的實(shí)質(zhì)是基區(qū)少子建立準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)分布的弛豫時(shí)間與對(duì)擴(kuò)散電容充放電延遲時(shí)間之比對(duì)擴(kuò)散電容充放電延遲時(shí)間之比 由于不同的近似或省略造成系數(shù)上的差別，其本由于不同的近似或省略造成系數(shù)上的差別，其本質(zhì)都是發(fā)射結(jié)擴(kuò)散電容充放電（改變基區(qū)積累的電荷質(zhì)都是發(fā)射結(jié)擴(kuò)散電容充放電（改變基區(qū)積累的電荷數(shù)）引起基區(qū)渡越延遲時(shí)間，即基區(qū)渡越時(shí)間。數(shù)）引起基區(qū)渡越延遲時(shí)間，即基區(qū)渡越時(shí)間。認(rèn)為 Wb/Lnb為一階無(wú)窮小49 發(fā)射結(jié)上電壓的交變同

36、時(shí)引起發(fā)射結(jié)上電壓的交變同時(shí)引起CDe和和CTe的充放電，這兩部分電容的充放電，這兩部分電容的充放電電流最后均轉(zhuǎn)變成基極電的充放電電流最后均轉(zhuǎn)變成基極電流，使總發(fā)射極電流隨頻率升高而流，使總發(fā)射極電流隨頻率升高而增大，發(fā)射效率下降。增大，發(fā)射效率下降。 在等效電路上在等效電路上CTe 和和CDe 是并聯(lián)的，是并聯(lián)的，但實(shí)質(zhì)上但實(shí)質(zhì)上CTe 反映的電荷變化發(fā)生反映的電荷變化發(fā)生在在eb結(jié)勢(shì)壘區(qū)，而結(jié)勢(shì)壘區(qū)，而CDe反映的電荷反映的電荷變化發(fā)生在基區(qū)中變化發(fā)生在基區(qū)中。eiBerTeCncibrDeCE發(fā)射結(jié)等效電路發(fā)射結(jié)等效電路50三、集電結(jié)勢(shì)壘輸運(yùn)系數(shù)及渡越時(shí)間三、集電結(jié)勢(shì)壘輸運(yùn)系數(shù)及渡越時(shí)間

37、 通過(guò)基區(qū)輸運(yùn)到集電結(jié)通過(guò)基區(qū)輸運(yùn)到集電結(jié)勢(shì)壘邊界的載流子，在反偏勢(shì)壘邊界的載流子，在反偏集電結(jié)空間電荷區(qū)強(qiáng)電場(chǎng)作集電結(jié)空間電荷區(qū)強(qiáng)電場(chǎng)作用下漂移通過(guò)空間電荷區(qū)，用下漂移通過(guò)空間電荷區(qū)，同時(shí)產(chǎn)生同時(shí)產(chǎn)生幅值的下降和相移幅值的下降和相移， 其實(shí)質(zhì)是交流信號(hào)作用其實(shí)質(zhì)是交流信號(hào)作用下，集電結(jié)空間電荷區(qū)邊界下，集電結(jié)空間電荷區(qū)邊界平移，載流子對(duì)空間電荷區(qū)平移，載流子對(duì)空間電荷區(qū)充放電而引起的充放電而引起的正半周正半周負(fù)半周負(fù)半周集電結(jié)空間電荷區(qū)沒(méi)有交流信號(hào)沒(méi)有交流信號(hào)51負(fù)半周負(fù)半周集電結(jié)空間電荷區(qū)沒(méi)有交流信號(hào)沒(méi)有交流信號(hào)正半周正半周 電子穿過(guò)集電結(jié)空間電荷區(qū)電子穿過(guò)集電結(jié)空間電荷區(qū)引起其中電荷分布

38、的變化引起其中電荷分布的變化 直流時(shí)，這種變化是穩(wěn)定的，直流時(shí)，這種變化是穩(wěn)定的，小注入下可以忽略（耗盡層小注入下可以忽略（耗盡層近似）近似） 交流時(shí)，這種變化是交變的交流時(shí)，這種變化是交變的 在信號(hào)在信號(hào)正半周正半周，流入電子（負(fù)電荷），流入電子（負(fù)電荷）密度增大密度增大，負(fù)電荷區(qū)電荷密度，負(fù)電荷區(qū)電荷密度增大增大，正電荷區(qū)電荷密度，正電荷區(qū)電荷密度減小減?。灰欢ǖ慕Y(jié)電壓下，前者；一定的結(jié)電壓下，前者變窄變窄，后者，后者變寬變寬 在信號(hào)在信號(hào)負(fù)半周負(fù)半周，流入電子（負(fù)電荷），流入電子（負(fù)電荷）密度減小密度減小，負(fù)電荷區(qū)電荷密度，負(fù)電荷區(qū)電荷密度減小減小，正電荷區(qū)電荷密度，正電荷區(qū)電荷密度增大

39、增大；一定的結(jié)電壓下，前者；一定的結(jié)電壓下，前者變寬變寬，后者，后者變窄變窄 正負(fù)電荷區(qū)寬度的變化由載流子的流動(dòng)實(shí)現(xiàn)，相當(dāng)于電容的充、放正負(fù)電荷區(qū)寬度的變化由載流子的流動(dòng)實(shí)現(xiàn)，相當(dāng)于電容的充、放電，電子由穿過(guò)集電區(qū)的電子流分流，空穴由基極電流提供電，電子由穿過(guò)集電區(qū)的電子流分流，空穴由基極電流提供52關(guān)于集電結(jié)勢(shì)壘渡越時(shí)間（空間電荷區(qū)延遲時(shí)間）有平行板電容器模型晶體管原理張屏英 周佑謨單邊突變結(jié)模型微電子技術(shù)基礎(chǔ)曹培棟參考 (P166)Qd=Q/2模型雙極型和場(chǎng)效應(yīng)晶體管武世香自學(xué)53附加電場(chǎng)的電力線終止在極板上，使極板上感應(yīng)出相應(yīng)的電荷 極板a上感應(yīng)正電荷，對(duì)應(yīng)基極電流提供的空穴 極板b上感

40、應(yīng)正電荷，對(duì)應(yīng)集電區(qū)側(cè)空間電荷區(qū)展寬，電子流出，形成傳導(dǎo)電流因此，運(yùn)動(dòng)電荷尚未到達(dá)b極板，極板上已因感應(yīng)而產(chǎn)生傳導(dǎo)電流集電結(jié)空間電荷區(qū)是載流子耗盡的高阻區(qū)，相當(dāng)于平行板電容器 空間電荷區(qū)邊界相當(dāng)于電容器的極板 空間電荷區(qū)寬度相當(dāng)于電容器極板間距離 集電結(jié)電壓相當(dāng)于板間所加電壓輸出端交流短路時(shí)，板間電壓為集電結(jié)反向偏置電壓若有一面密度為Qs的負(fù)電荷層在板間電場(chǎng)作用下，以速度v由a向b運(yùn)動(dòng) 運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生徙動(dòng)電流Qv 電荷層前后產(chǎn)生附加電場(chǎng)Ea、EbEaEbQsab基區(qū)基區(qū)集電區(qū)集電區(qū)速度速度v0 xx1xmcVCB54)1 ( 1 ,0)( 1010011mcsasmcbsbasmcbaxxQEx

41、QxEQEEQxxExE可解出：由高斯定理選一封閉曲面包圍為零電場(chǎng)產(chǎn)生的附加電勢(shì)差交流短路狀態(tài)下，附加vxQtEtEEEQmcsbabas00 位移電流，其密度為隨時(shí)間變化而產(chǎn)生、，使附加電場(chǎng)在空間電荷區(qū)內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)EaEbQsab基區(qū)基區(qū)集電區(qū)集電區(qū)速度速度v0 xx1xmcVCB55的時(shí)間。的時(shí)間。穿越集電結(jié)空間電荷區(qū)穿越集電結(jié)空間電荷區(qū)表示載流子以極限速度表示載流子以極限速度表示薄層中電荷總量，表示薄層中電荷總量，式中式中電極感應(yīng)電流電極感應(yīng)電流通過(guò)空間電荷區(qū)，則集通過(guò)空間電荷區(qū)，則集度度若載流子以極限漂移速若載流子以極限漂移速板面積上的位移電流板面積上的位移電流應(yīng)等于應(yīng)等于板）上傳導(dǎo)電流板

42、）上傳導(dǎo)電流集電極（集電極（slmcsscsslmcscmncslmcscmncmncvxQAQQvxQAxivvxQAxixi )( )( b)(bvxQtEtEmcsba00以上討論的是一個(gè)電荷薄層在集電結(jié)空間電荷區(qū)運(yùn)動(dòng)的情況以上討論的是一個(gè)電荷薄層在集電結(jié)空間電荷區(qū)運(yùn)動(dòng)的情況56sjncsjslcsmcncjslcxvxjvxjvxtjsltjjetijevtqnAQtxitejvtqnAdxetnqAQetnenvxtntxntxentnxsssmcslslsl1), 0(1), 0(),( )1 (), 0(), 0( ), 0()0(), 0(),( )0(), 0( 00c)(導(dǎo)

43、電流時(shí)刻引起集電極感生傳這些電荷在總量空間電荷區(qū)中運(yùn)動(dòng)電荷流子濃度分布函數(shù)）時(shí)刻的載流子濃度（載處，空間電荷區(qū)中處的交變載流子空間電荷區(qū)邊界若由基區(qū)輸運(yùn)至集電結(jié)57ddsdsjcmcncdsjncsjslcmcncjjjjetitxijetijevtqnAtxisss 1111211 1), 0(),( 1), 0(1), 0(),( 級(jí)近似，則上式變?yōu)榧?jí)近似，則上式變?yōu)閷⑹街兄笖?shù)展開(kāi)，取一將式中指數(shù)展開(kāi)，取一系數(shù)系數(shù)于是，集電結(jié)勢(shì)壘輸運(yùn)于是，集電結(jié)勢(shì)壘輸運(yùn)211 2 ddddsd 時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)止角頻率止角頻率稱為集電結(jié)勢(shì)壘渡越截稱為集電結(jié)勢(shì)壘渡越截延遲）時(shí)間延遲）時(shí)間稱為集電結(jié)勢(shì)壘渡越（稱為

44、集電結(jié)勢(shì)壘渡越（式中式中58n集電結(jié)勢(shì)壘延遲時(shí)間等于載流子穿越空間電荷區(qū)所需延遲時(shí)間的一半n集電極電流并不是渡越勢(shì)壘的載流子到達(dá)集電極“極板”才產(chǎn)生的，當(dāng)載流子還在穿越空間電荷區(qū)的過(guò)程中，就在集電極產(chǎn)生了感應(yīng)電流n集電極電流是空間電荷區(qū)內(nèi)運(yùn)動(dòng)的載流子在集電極所產(chǎn)生的感應(yīng)電流的平均表現(xiàn)n當(dāng)信號(hào)波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于勢(shì)壘區(qū)寬度時(shí)，所得結(jié)果才成立sjncsjslcmcncjslcxvxjjetijevtqnAtxitejvtqnAdxetnqsssmcsl1), 0(1), 0(),( )1 (), 0(), 0(AQ 0c導(dǎo)電流時(shí)刻引起集電極感生傳這些電荷在總量空間電荷區(qū)中運(yùn)動(dòng)電荷？59四、集電區(qū)倍增因子與集

45、電極延遲時(shí)間四、集電區(qū)倍增因子與集電極延遲時(shí)間1.集電極電流在集電極串聯(lián)電阻上的壓降形成電場(chǎng)，該集電極電流在集電極串聯(lián)電阻上的壓降形成電場(chǎng)，該電場(chǎng)促進(jìn)少子空穴流向集電結(jié)，使集電極電流增大。電場(chǎng)促進(jìn)少子空穴流向集電結(jié)，使集電極電流增大。一般情況下可認(rèn)為一般情況下可認(rèn)為集電區(qū)倍增因子集電區(qū)倍增因子等于等于12.輸出端交流短路時(shí)，集電極串聯(lián)電阻輸出端交流短路時(shí)，集電極串聯(lián)電阻rcs上的交流壓降上的交流壓降引起集電結(jié)勢(shì)壘電容引起集電結(jié)勢(shì)壘電容CTc兩端電壓交變，導(dǎo)致其充放電兩端電壓交變，導(dǎo)致其充放電電流對(duì)輸出電流分流，使輸出電流減小電流對(duì)輸出電流分流，使輸出電流減小3.定義定義集電極衰減因子集電極衰減

46、因子4.集電極截止角頻率集電極截止角頻率5.集電極延遲時(shí)間集電極延遲時(shí)間6.集電結(jié)勢(shì)壘輸運(yùn)和集電極延遲同時(shí)發(fā)生在集電結(jié)勢(shì)壘集電結(jié)勢(shì)壘輸運(yùn)和集電極延遲同時(shí)發(fā)生在集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)中，只是從物理概念上分別討論區(qū)中，只是從物理概念上分別討論TccsccncccCrii160n交變電流流過(guò)集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)引起其中電荷密度的變化交變電流流過(guò)集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)引起其中電荷密度的變化n交變電流流過(guò)集電區(qū)在串聯(lián)電阻上產(chǎn)生壓降引起集電交變電流流過(guò)集電區(qū)在串聯(lián)電阻上產(chǎn)生壓降引起集電結(jié)勢(shì)壘電容上電壓交變結(jié)勢(shì)壘電容上電壓交變n兩者都通過(guò)集電結(jié)勢(shì)壘電容的充放電對(duì)輸出電流分流兩者都通過(guò)集電結(jié)勢(shì)壘電容的充放電對(duì)輸出電流分流并產(chǎn)生延遲并產(chǎn)生

47、延遲n兩者同時(shí)發(fā)生在集電結(jié)中兩者同時(shí)發(fā)生在集電結(jié)中Vbc恒定恒定（交流短路）（交流短路）rcs集集電電極極CinciciCTeTccsCccncccTccscCTcCcscCrjiiiiiCrjiiCjiriTcTcTc11121111ccccTccscjCr時(shí)，當(dāng)，則令61 交變信號(hào)作用下交變信號(hào)作用下n晶體管各部分電容充放電使晶體管各部分電容充放電使載流子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生載流子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生延遲延遲；n充放電電流的分流作用使充放電電流的分流作用使輸出電流幅值下降，輸出電流幅值下降，電流放大系數(shù)下降電流放大系數(shù)下降n發(fā)射結(jié)勢(shì)壘電容發(fā)射結(jié)勢(shì)壘電容充放電引起充放電引起發(fā)射效率下降和注入發(fā)射效率下降和注入基區(qū)的

48、電流延遲基區(qū)的電流延遲n發(fā)射結(jié)擴(kuò)散電容發(fā)射結(jié)擴(kuò)散電容充放電使充放電使基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)下降和基基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)下降和基區(qū)渡越延遲區(qū)渡越延遲n集電結(jié)勢(shì)壘電容集電結(jié)勢(shì)壘電容因交變電流改變其中電荷密度及因交變電流改變其中電荷密度及n串聯(lián)電阻上壓降改變其兩端電壓而分別產(chǎn)生串聯(lián)電阻上壓降改變其兩端電壓而分別產(chǎn)生集電集電結(jié)勢(shì)壘渡越延遲結(jié)勢(shì)壘渡越延遲和和集電極延遲集電極延遲6263TeeeeCr 1nbbbbDmW )(112bbjejm 10*cjc 11TccsccCr 1djd 11simcddx 21 ej 10發(fā)射效率及發(fā)射效率及發(fā)射結(jié)延遲時(shí)間發(fā)射結(jié)延遲時(shí)間基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)及基區(qū)渡越時(shí)間及基區(qū)渡越時(shí)

49、間集電結(jié)勢(shì)壘輸運(yùn)系數(shù)集電結(jié)勢(shì)壘輸運(yùn)系數(shù)及渡越時(shí)間及渡越時(shí)間集電區(qū)倍增集電區(qū)倍增(衰減衰減)因子因子與集電極延遲時(shí)間與集電極延遲時(shí)間64 3.5 晶體管電流放大系數(shù)與頻率的關(guān)系晶體管電流放大系數(shù)與頻率的關(guān)系一、共基極運(yùn)用一、共基極運(yùn)用cdnccncncnenceneeciiiiiiiiii * jebjm 10時(shí)時(shí)，略略去去二二次次冪冪得得當(dāng)當(dāng)cdbe , cdbecdbe 111111其中其中201)( )( bmarctg65二、共發(fā)射極運(yùn)用二、共發(fā)射極運(yùn)用 1的短路條件不同、（一）（一）隨頻率的變化隨頻率的變化是是c、b短路短路是是c c、e e短路短路jeiibcejmecoue1000

50、 1 ceceueceeeubciiii ,)()(*DeTeeeeeeTcedccscCCrjiiriCjiiri 101其中TccssmcnbbTeeTccssmcnbbTcTeeCrxDmWCrCrxDmWCCr 21121122)()()(jebjm1066220)()1(1bm22200)11()1()11(11bbeemmj 代入、整理、代入、整理、化簡(jiǎn)化簡(jiǎn) 110, 1用到20時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng))11(10bm 1時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng)TbTm 111 比較上兩式有比較上兩式有 0TffTT 或高頻端高頻端放大系數(shù)幅值與放大系數(shù)幅值與工作頻率成反比工作頻率成反比滿足滿足6dB/倍頻程倍頻程67)1

51、 (0m mT 1 122)1 ()()1 (21 TccsslmcnbbTcTeeTCrxDmWCCrmf 1202)1 ()(1 TccsslmcnbbTcTeeCrxDmWCCr 略小于略小于，而，而遠(yuǎn)小于遠(yuǎn)小于T以此化簡(jiǎn)有以此化簡(jiǎn)有最大，往往最大，往往通常情況下通常情況下中，中，四個(gè)中間參數(shù)截止頻率四個(gè)中間參數(shù)截止頻率、在晶體管在晶體管bbcdbe 68（二）討論（二）討論 共發(fā)射極截止頻率遠(yuǎn)低于共基極截共發(fā)射極截止頻率遠(yuǎn)低于共基極截止頻率，特征頻率略小于共基極截止頻率，特征頻率略小于共基極截止頻率，隨頻率增高，止頻率，隨頻率增高，下降的速下降的速度比度比的下降速度快的下降速度快( (

52、早早) )。 略小于，而遠(yuǎn)小于、T12、時(shí)，基極電流的主要成分是充、放電電流，而時(shí)，基極電流的主要成分是充、放電電流，而在低頻情況下在低頻情況下，基極電流主要是復(fù)合電流，基極電流主要是復(fù)合電流。共基寬帶共基寬帶共射選頻共射選頻69三、影響三、影響fT的因素和提高的因素和提高fT的途徑的途徑1、基區(qū)渡越時(shí)間、基區(qū)渡越時(shí)間nbbbbDmW)1 (122、發(fā)射結(jié)延遲時(shí)間、發(fā)射結(jié)延遲時(shí)間)0(41TTTeeeeCCCr，一般3、集電結(jié)勢(shì)壘渡越時(shí)間、集電結(jié)勢(shì)壘渡越時(shí)間 和集電極延遲時(shí)間和集電極延遲時(shí)間 遠(yuǎn)小于前兩項(xiàng)遠(yuǎn)小于前兩項(xiàng)dc提高提高fT的措施的措施eeFerkTqIg，可縮短，改變工作電流，減小

53、一般最大，是一般最大，是fT的主要限制因素的主要限制因素 Wb增大一倍，增大一倍， b增大增大4倍倍 提高基區(qū)雜質(zhì)濃度梯度，增大電場(chǎng)提高基區(qū)雜質(zhì)濃度梯度，增大電場(chǎng)因子因子 ，自建電場(chǎng)的漂移作用將使，自建電場(chǎng)的漂移作用將使 b減?。坏砻鏉舛仍龃髮p小減??；但表面濃度增大將減小Dnb，又使，又使 b增大，故增大，故 =25 特征頻率特征頻率fT是晶體管最重要的也是最實(shí)用的是晶體管最重要的也是最實(shí)用的高頻參數(shù)之一，因?yàn)樗粌H僅是晶體管作電流高頻參數(shù)之一，因?yàn)樗粌H僅是晶體管作電流放大用的最高頻率極限，也直接影響著晶體管放大用的最高頻率極限，也直接影響著晶體管高頻下的功率放大能力和開(kāi)關(guān)特性。因而在設(shè)

54、高頻下的功率放大能力和開(kāi)關(guān)特性。因而在設(shè)計(jì)與制造中總是設(shè)法提高其數(shù)值。計(jì)與制造中總是設(shè)法提高其數(shù)值。70n減薄基區(qū)寬度，可采用淺結(jié)擴(kuò)散或離子注入技術(shù)。減薄基區(qū)寬度，可采用淺結(jié)擴(kuò)散或離子注入技術(shù)。n降低基區(qū)摻雜濃度降低基區(qū)摻雜濃度Nb以提高以提高Dnb；適當(dāng)提高基區(qū)雜質(zhì)濃度梯度；適當(dāng)提高基區(qū)雜質(zhì)濃度梯度以建立一定的基區(qū)自建電場(chǎng)。以建立一定的基區(qū)自建電場(chǎng)。n減小結(jié)面積減小結(jié)面積Ae、Ac，以減小結(jié)電容。，以減小結(jié)電容。n減小集電區(qū)電阻及厚度，采用外延結(jié)構(gòu)，以減小減小集電區(qū)電阻及厚度，采用外延結(jié)構(gòu)，以減小xmc及及rcs，但，但集電區(qū)電阻率及外延層厚度的選擇要照顧到對(duì)擊穿電壓的影響。集電區(qū)電阻率及外

55、延層厚度的選擇要照顧到對(duì)擊穿電壓的影響。n做好做好Al電極歐姆接觸。電極歐姆接觸。n注意管殼的設(shè)計(jì)及選擇，以減小雜散電容。注意管殼的設(shè)計(jì)及選擇，以減小雜散電容。n在結(jié)構(gòu)參數(shù)均相同時(shí)，在結(jié)構(gòu)參數(shù)均相同時(shí)，npn管較管較pnp管有較高的管有較高的fT(DnDp)。提高提高fT的措施的措施71 3.6 晶體管的高頻功率增益晶體管的高頻功率增益一、最佳高頻功率增益一、最佳高頻功率增益KPm 為了得到晶體管最大有用功率增益，輸入端和輸出端為了得到晶體管最大有用功率增益，輸入端和輸出端必須滿足必須滿足共軛匹配共軛匹配條件。在滿足阻抗匹配時(shí)的最大功率增條件。在滿足阻抗匹配時(shí)的最大功率增益稱為益稱為最佳功率增

56、益最佳功率增益。 功率增益取決于電流放大系數(shù)，故與工作頻率有關(guān)。功率增益取決于電流放大系數(shù)，故與工作頻率有關(guān)。)(lg10dBPPKPPKioPioP ，或用分貝表示，或用分貝表示功率增益功率增益bLbcPLcobbirRiiKRiPriP222 )( 11 11)(3 02 110TcTeeebcdbebTTcTTcTcTeDeeTctetetbctTctTcTcTcTeDetCCr mmCCCCCrCCrCrCruCCCCCCCCC 、的并聯(lián)阻抗的并聯(lián)阻抗與與可略去可略去阻抗阻抗較大，高頻時(shí)較大，高頻時(shí)、饋?zhàn)饔灭佔(zhàn)饔每陕匀?duì)輸入端電壓反可略去對(duì)輸入端電壓反，、：為討論方便，近似假設(shè)為討論方

57、便，近似假設(shè)72的電流的電流而是通過(guò)負(fù)載電阻而是通過(guò)負(fù)載電阻非短路電流非短路電流，因?yàn)榇藭r(shí)，因?yàn)榇藭r(shí)此處此處LcbcRiii 輸入、輸出端滿足共軛匹配條件時(shí)，可獲得最大功率增益輸入、輸出端滿足共軛匹配條件時(shí)，可獲得最大功率增益bLbcPrRiiK 2輸入端為純電阻性匹配，輸出端輸出阻抗為容性。阻抗為：輸入端為純電阻性匹配，輸出端輸出阻抗為容性。阻抗為：ccToCjCZ 1xpadTcccCCCCC 為集電極輸出總電容為集電極輸出總電容其中其中要求負(fù)載阻抗為：要求負(fù)載阻抗為：cccTLcLCLLCCRCjRZ211;111 !73cbTcbTcTbPmCfrfCrCrK222844 ffTT上式

58、說(shuō)明，上式說(shuō)明，KPm與與fT成正比，與成正比，與rb、Cc成反比，與成反比，與f 2成反比成反比隨隨f上升，上升，KPm下降，下降，f增大一倍，增大一倍，KPm下降為下降為1/4（-6dB）即）即-6dB/倍頻程倍頻程LCc 1 21bcbcTciiiCLC各流過(guò)各流過(guò)分流分流電阻對(duì)電阻對(duì)兩個(gè)兩個(gè)并聯(lián)諧振，相當(dāng)于開(kāi)路并聯(lián)諧振，相當(dāng)于開(kāi)路下降下降隨隨、阻抗比、阻抗比下降下降隨隨、下降，是因?yàn)橄陆担且驗(yàn)殡S隨frfCffKbcPm 212 1bLbcPrRiiK 2CTbCr112274181181181PmTcbcbPmTcbcbTcbPmTKfCrCrKfCrCrfCrKff，則，使得較大，

59、即阻抗比比較小若，則，使得較小，即阻抗比比較大若時(shí)，當(dāng)可見(jiàn)可見(jiàn)fT并不能作為晶體管是否具有功率放大能力的判據(jù)并不能作為晶體管是否具有功率放大能力的判據(jù)二、高頻優(yōu)值和最高振蕩頻率二、高頻優(yōu)值和最高振蕩頻率當(dāng)當(dāng)KPm=1時(shí)，時(shí)，cbTMCrfff 8 1pmM Kff時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)2pm2MfKf fM稱為晶體管的最高振蕩頻率功率放大的最高頻率cbTPmcbTPmCrffKCfrfK 8822稱為晶體管的高頻優(yōu)值cbTPmCfrfK28 75三、提高功率增益或最高振蕩頻率的途徑三、提高功率增益或最高振蕩頻率的途徑提高提高Kpm、fM、fM2三者是一致的，不外乎是提高三者是一致的，不外乎是提高fT，減

60、小基區(qū)電阻減小基區(qū)電阻rb、輸出電容、輸出電容Cc及發(fā)射極引線電感及發(fā)射極引線電感Le等等1、淺結(jié)擴(kuò)散、淺結(jié)擴(kuò)散2、濃硼擴(kuò)散、濃硼擴(kuò)散3、減少輸出電容、減少輸出電容Cc4、減少發(fā)射極引線電感、減少發(fā)射極引線電感Lepppnn淺結(jié)擴(kuò)散既可獲得薄的基區(qū)寬淺結(jié)擴(kuò)散既可獲得薄的基區(qū)寬度，又可有效減小基區(qū)方塊阻度，又可有效減小基區(qū)方塊阻xpadTcccCCCCC 為集電極輸出總電容為集電極輸出總電容線等在高頻管中采用帶狀引計(jì)入發(fā)射極引線電感22M22pm)(8)(8)(8)21(4fKLfrCffLfrCfffLfrCfLrCKpeTbcTMeTbcTeTbcTeTbcT7677 3.7 工作條件對(duì)晶體