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1、 雙極型三極管的參數(shù)參 數(shù)型 號 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 30 450.1 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1 雙極型三極管的參數(shù)參 數(shù)型

2、號 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 30 450.1 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2 雙極型三極管的參數(shù)參 數(shù)型 號 PCM mW ICM mA

3、VR CBO VVR CEO VVR EBO V IC BO A f T MHz3AX31D 125 125 20 126*83BX31C 125 125 40 246*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 頻率頻率特性特性hfe放大特性放大特性開關管開關特性參數(shù)開關管開關特性參數(shù)3第三章第三章 雙極型晶體管的頻率

4、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 高頻下晶體管中高頻下晶體管中載流子的輸運載流子的輸運及及中間參數(shù)中間參數(shù)3.5 晶體管電流放大系數(shù)的頻率關系晶體管電流放大系數(shù)的頻率關系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晶體管對晶體管fT、KPm的影響的影響4一、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)：

5、共發(fā)射極極交流短路電流放大系數(shù)：兩者之間的關系：兩者之間的關系：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)5二、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 所對應的頻率值所對應的頻率值 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 所對應的頻率值所對應的頻率值6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時時 對應的工作頻率對應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時對應

6、的頻率時對應的頻率二、晶體管的頻率參數(shù)二、晶體管的頻率參數(shù)7二、晶體管的頻率參數(shù)二、晶體管的頻率參數(shù)8 3.2 晶體管的交流特性分析晶體管的交流特性分析 晶體管在實際應用時大多是在直流偏壓上疊加晶體管在實際應用時大多是在直流偏壓上疊加上交流小信號，即作用在結上的總電壓應為交、直上交流小信號，即作用在結上的總電壓應為交、直流兩部分電壓之和，如果所疊加的交流信號為正弦流兩部分電壓之和，如果所疊加的交流信號為正弦波，則波，則作用在發(fā)射結上的總電壓為：作用在發(fā)射結上的總電壓為：作用在集電結上的總電壓為：作用在集電結上的總電壓為：9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

7、管實際電流方向相反管實際電流方向相反10一、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）交流信號作用下交流信號作用下基區(qū)電子一維擴散方程基區(qū)電子一維擴散方程基區(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）分解與時間有關項分解與時間有關項和與時間無關項和與時間無關項基區(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發(fā)射結的空穴通過發(fā)射結的空穴電流密度交流分量電流密度交流分量交流信號作用下交流信號作用下發(fā)射區(qū)空穴一維擴散方程發(fā)射區(qū)空穴一維擴散方程均勻基區(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高頻頻參參數(shù)數(shù)頻頻率率特特性性11一、均勻基區(qū)晶體

8、管（以一、均勻基區(qū)晶體管（以npn管為例）管為例）在交流信號作用下基區(qū)電子的一維擴散方程：在交流信號作用下基區(qū)電子的一維擴散方程：1213邊界條件：邊界條件：x=0 0時，時，邊界條件：邊界條件：x=Wb其中：其中：1415通過基區(qū)的電子電流密度交流分量通過基區(qū)的電子電流密度交流分量同理，可求出通過發(fā)射結的空穴電流密度的交流分量同理，可求出通過發(fā)射結的空穴電流密度的交流分量16通過發(fā)射結的交流電流分量：通過發(fā)射結的交流電流分量：集電極電流的交流分量：集電極電流的交流分量：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17基區(qū)寬變效應：基區(qū)寬度隨結電壓變化而變化

9、，從而引起輸出電流的變化計入基區(qū)寬變效應：計入基區(qū)寬變效應：18二、緩變基區(qū)晶體管二、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19 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)絡來討論其高頻特性（輸入、輸將晶體管看作四端網(wǎng)絡來討論其高頻特性（輸入、輸出關系）出關系）描述四端網(wǎng)絡的高頻參數(shù)（方程組）有描述四端網(wǎng)絡的高頻參數(shù)（方程組）有Y參數(shù)參數(shù)短路導納參數(shù)短路導納參數(shù)Z參數(shù)參數(shù)開路阻抗參數(shù)開路阻抗參數(shù)h參數(shù)參數(shù)混合參數(shù)

10、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)的表達形式與晶體管的參數(shù)的表達形式與晶體管的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)更符合晶體管的實際特點，易于實際測量參數(shù)更符合晶體管的實際特點，易于實際測量20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)一方面，將晶體管的結構參數(shù)與四端網(wǎng)絡的特性一方面，將晶體管的結構參數(shù)與四端網(wǎng)絡的特性參數(shù)相聯(lián)系參數(shù)相聯(lián)系另一方面，通過等效電路反映晶體管內部結構與另一方面，通過等效電路反映晶體管內部結構與外電路的關系，使晶體管的外電路的關系，使晶體管的CAD及

11、計算機模擬得及計算機模擬得以實現(xiàn)以實現(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21一、晶體管高頻一、晶體管高頻Y參數(shù)及其等效電路參數(shù)及其等效電路由由交流交流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)構成較完整的高頻等效電路加上（必要的）非本征參數(shù)構成較完整的高頻等效電路Ie、Ic的幅值：的幅值：22按四端網(wǎng)絡定義方向整理后：按四端網(wǎng)絡定義方向整理后：23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)，且沒有頻率限制參數(shù)，且沒有頻率限制241、共基極本征輸入導納、共基極本征輸入導納Ycei輸出

12、端交流短路時，輸入端交流電流幅輸出端交流短路時，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)設設=1，即忽略，即忽略IpE2)認為認為 Wb/Lnb為一階無窮小，展開雙曲函數(shù)，略去高為一階無窮小，展開雙曲函數(shù)，略去高次項，還原次項，還原Cn25262、共基極本征輸出導納、共基極本征輸出導納Ycci輸入端交流短路時，輸出端交流電流幅輸入端交流短路時，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273、共基極本征正向轉移導納、共基極本征正向轉移導納Ycei輸出端交流短路時，輸入端交流電壓對輸出端交流短路時，輸入端交流電壓對輸出端交流電流的影響輸出端交流電流的影響說明：正向轉移導

13、納可看作將輸入導納轉移到說明：正向轉移導納可看作將輸入導納轉移到 （被（被 放大了的）輸出端的等效導納，或放大了的）輸出端的等效導納，或 者說，是輸出端輸出的，被放大了的輸者說，是輸出端輸出的，被放大了的輸 入導納入導納 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Ic284、共基極本征反向轉移導納、共基極本征反向轉移導納Yeci輸入端交流短路時，輸出端交流電壓對輸入端交流短路時，輸出端交流電壓對輸入端電流的影響輸入端電流的影響29無量綱，稱為無量綱，稱為電壓反饋系數(shù)電壓反饋系數(shù)當保持發(fā)射極交流開路時，即當保持發(fā)射極交流開路時，即Ie=0，IE不變，不變，集電極電壓變化

14、對發(fā)射極電壓的影響集電極電壓變化對發(fā)射極電壓的影響也稱也稱反向電壓放大系數(shù)反向電壓放大系數(shù)發(fā)發(fā)射射極極交交流流開開路路，意意味味著著發(fā)發(fā)射射極極電電流流維維持持直直流流偏偏置置電電流流不不變變（恒恒流流），當當VcVc時時，Wb產產生生Wb的的變變化化，引引起起基基區(qū)區(qū)少少子子分分布布變變化化，為為了了使使IE不變不變(Ie=0)，應有應有VE使使nE變化變化nEn(x)nEnb(x)xn(x)303132二、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33二、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1、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

15、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輸入回路的反作用（電壓源）輸出電壓對輸入回路的反作用（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生的電流輸出電壓在輸出阻抗上產生的電流+-+-iehrbucichibhfbIchobbec34h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部電流、參數(shù)只是從不同角度反映晶體管內部電流、電壓關系，電壓關系，因而其間可以互相轉換因而其間可以互相轉換低頻時可忽略電容效應低頻時可忽略電容效應高頻時可忽略基區(qū)寬變效應

16、高頻時可忽略基區(qū)寬變效應35低頻時可忽略電容效應低頻時可忽略電容效應高頻時可忽略基區(qū)寬變效應高頻時可忽略基區(qū)寬變效應36 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h參參數(shù)數(shù)都都是是小小信信號號參參數(shù)數(shù)，即即微變參數(shù)或交流參數(shù)。微變參數(shù)或交流參數(shù)。h參參數(shù)數(shù)與與工工作作點點有有關關，在在放放大區(qū)基本不變。大區(qū)基本不變。h參參數(shù)數(shù)都都是是微微變變參參數(shù)數(shù)，所所以以只適合對交流小信號的分析只適合對交流小信號的分析373839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質（關系）方法方法：利用晶體管的等效電路，逐步分析載流子的運動過

17、程（中間參數(shù)）實質實質：RC回路對高頻信號產生延遲和相移（電容的分流作用）3.4 高頻下晶體管中載流子的輸運過程高頻下晶體管中載流子的輸運過程發(fā)射結發(fā)射發(fā)射結發(fā)射基區(qū)輸運基區(qū)輸運集電結收集集電結收集集電極輸出集電極輸出40一、發(fā)射效率及發(fā)射結延遲時間一、發(fā)射效率及發(fā)射結延遲時間對對CTe進行充、放電的電流對輸出沒有貢獻，導致進行充、放電的電流對輸出沒有貢獻，導致降低降低41因re、CTe并聯(lián)，具有等電壓關系發(fā)射極截止角頻率發(fā)射結延遲時間CTe的作用的作用：1、對、對 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

18、使注入電流滯后于 輸入電流一個相位角輸入電流一個相位角42二、基區(qū)輸運系數(shù)及基區(qū)渡越時間二、基區(qū)輸運系數(shù)及基區(qū)渡越時間基區(qū)輸運系數(shù)隨信號頻率升高而減?。夯鶇^(qū)輸運系數(shù)隨信號頻率升高而減?。簩嵸|是高頻信號首先對發(fā)射結擴散電容充放電實質是高頻信號首先對發(fā)射結擴散電容充放電（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，對輸出電流沒有貢獻，導致輸運系數(shù)降低極電流，對輸出電流沒有貢獻，導致輸運系數(shù)降低及信號延遲及信號延遲43二、基區(qū)輸運系數(shù)及基區(qū)渡越時間二、基區(qū)輸運系數(shù)及基區(qū)渡越時間注意：以集電極交流短注意：以集電極交流短路為條件，即路為條件，即uc=04

19、4進行整理、簡化，得對均勻基區(qū)對均勻基區(qū)m0.22對基區(qū)雜質按指數(shù)分對基區(qū)雜質按指數(shù)分布的緩變基區(qū)晶體管布的緩變基區(qū)晶體管45對于均勻基區(qū)，如果對于均勻基區(qū)，如果(3-67)展開雙展開雙曲函數(shù)后取一級近似，則有曲函數(shù)后取一級近似，則有比較上兩式，有比較上兩式，有因re和CDe并聯(lián)等電壓，則有46對于均勻基區(qū)渡越時間有以下三個表達式：對于均勻基區(qū)渡越時間有以下三個表達式：m的實質是基區(qū)少子建立準穩(wěn)態(tài)分布的弛豫時間與的實質是基區(qū)少子建立準穩(wěn)態(tài)分布的弛豫時間與對擴散電容充放電延遲時間之比對擴散電容充放電延遲時間之比 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

20、質都是發(fā)射結擴散電容充放電（改變基區(qū)積累的電荷質都是發(fā)射結擴散電容充放電（改變基區(qū)積累的電荷數(shù)）引起基區(qū)渡越延遲時間，即基區(qū)渡越時間。數(shù)）引起基區(qū)渡越延遲時間，即基區(qū)渡越時間。47發(fā)射結上電壓的交變同時引起CDe和CTe的充放電，這兩部分電容的充放電電流最后均轉變成基極電流，使總發(fā)射極電流隨頻率升高而增大，發(fā)射效率下降。在等效電路上CTe 和CDe 是并聯(lián)的，但實質上CTe 反映的電荷變化發(fā)生在eb結勢壘區(qū)，而CDe反映的電荷變化發(fā)生在基區(qū)中。發(fā)射結等效電路發(fā)射結等效電路48三、集電結勢壘輸運系數(shù)及渡越時間三、集電結勢壘輸運系數(shù)及渡越時間 通過基區(qū)輸運到集電結通過基區(qū)輸運到集電結勢壘邊界的載流

21、子，在反偏勢壘邊界的載流子，在反偏集電結空間電荷區(qū)強電場作集電結空間電荷區(qū)強電場作用下漂移通過空間電荷區(qū)，用下漂移通過空間電荷區(qū)，同時產生同時產生幅值的下降和相移幅值的下降和相移，其實質是交流信號作用其實質是交流信號作用下，集電結空間電荷區(qū)邊界下，集電結空間電荷區(qū)邊界平移，載流子對空間電荷區(qū)平移，載流子對空間電荷區(qū)充放電而引起的充放電而引起的正半周正半周負半周負半周集電結空間電荷區(qū)沒有交流信號沒有交流信號49負半周負半周集電結空間電荷區(qū)沒有交流信號沒有交流信號正半周正半周電子穿過集電結空間電荷區(qū)電子穿過集電結空間電荷區(qū)引起其中電荷分布的變化引起其中電荷分布的變化直流時，這種變化是穩(wěn)定的，直流時

22、，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，這種變化是交變的交流時，這種變化是交變的在信號在信號正半周正半周，流入電子（負電荷），流入電子（負電荷）密度增大密度增大，負電荷區(qū)電，負電荷區(qū)電荷密度荷密度增大增大，正電荷區(qū)電荷密度，正電荷區(qū)電荷密度減小減小；一定的結電壓下，前；一定的結電壓下，前者者變窄變窄，后者，后者變寬變寬在信號在信號負半周負半周，流入電子（負電荷），流入電子（負電荷）密度減小密度減小，負電荷區(qū)電負電荷區(qū)電荷密度荷密度減小減小，正電荷區(qū)電荷密度，正電荷區(qū)電荷密度增大增大；一定的結電壓下，前；一定的結電壓下，前者者變寬變寬，后者，后者變

23、窄變窄正負電荷區(qū)寬度的變化由載流子的流動實現(xiàn)，相當于電容的正負電荷區(qū)寬度的變化由載流子的流動實現(xiàn)，相當于電容的充、放電，電子由穿過集電區(qū)的電子流分流，空穴由基極電充、放電，電子由穿過集電區(qū)的電子流分流，空穴由基極電流提供流提供50關于集電結勢壘渡越時間（空間電荷區(qū)延遲時間）有平行板電容器模型晶體管原理張屏英 周佑謨單邊突變結模型微電子技術基礎曹培棟參考 (P166)Qd=Q/2模型雙極型和場效應晶體管自學51附加電場的電力線終止在極板上，使極板上感應出相應的電荷極板a上感應正電荷，對應基極電流提供的空穴極板b上感應正電荷，對應集電區(qū)側空間電荷區(qū)展寬，電子流出，形成傳導電流因此，運動電荷尚未到達

24、b極板，極板上已因感應而產生傳導電流集電結空間電荷區(qū)是載流子耗盡的高阻區(qū)，相當于平行板電容器空間電荷區(qū)邊界相當于電容器的極板空間電荷區(qū)寬度相當于電容器極板間距離集電結電壓相當于板間所加電壓輸出端交流短路時，板間電壓為集電結反向偏置電壓若有一面密度為Qs的電荷層在板間電場作用下，以速度v由a向b運動運動電荷產生徙動電流Qv電荷層前后產生附加電場Ea、EbEaEbQsab基區(qū)基區(qū)集電區(qū)集電區(qū)速度速度v0 xx1xmcVCB52EaEbQsab基區(qū)基區(qū)集電區(qū)集電區(qū)速度速度v0 xx1xmcVCB53以上討論的是一個電荷薄層在集電結空間電荷區(qū)運動的情況以上討論的是一個電荷薄層在集電結空間電荷區(qū)運動的情

25、況545556集電結勢壘延遲時間等于載流子穿越空間電荷區(qū)所需延遲時間的一半集電極電流并不是渡越勢壘的載流子到達集電極“極板”才產生的，當載流子還在穿越空間電荷區(qū)的過程中，就在集電極產生了感應電流集電極電流是空間電荷區(qū)內運動的載流子在集電極所產生的感應電流的平均表現(xiàn)當信號波長遠大于勢壘區(qū)寬度時，所得結果才成立57四、集電區(qū)倍增因子與集電極延遲時間四、集電區(qū)倍增因子與集電極延遲時間1.集電極電流在集電極串聯(lián)電阻上的壓降形成電場，該集電極電流在集電極串聯(lián)電阻上的壓降形成電場，該電場促進少子空穴流向集電結，使集電極電流增大。電場促進少子空穴流向集電結，使集電極電流增大。一般情況下可認為一般情況下可認為

26、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，集電極串聯(lián)電阻輸出端交流短路時，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勢壘電容引起集電結勢壘電容CTc兩端電壓交變，導致其充放電兩端電壓交變，導致其充放電電流對輸出電流分流，使輸出電流減小電流對輸出電流分流，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.集電極延遲時間集電極延遲時間6.集電結勢壘輸運和集電極延遲同時發(fā)生在集電結勢壘集電結勢壘輸運和集電極延遲同時發(fā)生在集電結勢壘區(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58交變電流流過集電結勢壘區(qū)引起其中電

27、荷量的變化交變電流流過集電結勢壘區(qū)引起其中電荷量的變化交變電流流過集電區(qū)在串聯(lián)電阻上產生壓降引起集電交變電流流過集電區(qū)在串聯(lián)電阻上產生壓降引起集電結勢壘電容上電壓交變結勢壘電容上電壓交變兩者都通過集電結勢壘電容的充放電對輸出電流分流兩者都通過集電結勢壘電容的充放電對輸出電流分流并產生延遲并產生延遲兩者同時發(fā)生在集電結中兩者同時發(fā)生在集電結中Vbc恒定恒定（交流短路）（交流短路）rcs集集電電極極CinciciCTe59 交變信號作用下交變信號作用下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動產生載流子運動產生延遲延遲；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

28、出電流幅值下降，電流放大系數(shù)下降電流放大系數(shù)下降發(fā)射結勢壘電容發(fā)射結勢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)的電流延遲基區(qū)的電流延遲發(fā)射結擴散電容發(fā)射結擴散電容充放電使充放電使基區(qū)輸運系數(shù)下降和基基區(qū)輸運系數(shù)下降和基區(qū)渡越延遲區(qū)渡越延遲集電結勢壘電容集電結勢壘電容因交變電流改變其中電荷量及因交變電流改變其中電荷量及串聯(lián)電阻上壓降改變其兩端電壓而分別產生串聯(lián)電阻上壓降改變其兩端電壓而分別產生集電集電結勢壘渡越延遲結勢壘渡越延遲和和集電極延遲集電極延遲6061發(fā)射效率及發(fā)射效率及發(fā)射結延遲時間發(fā)射結延遲時間基區(qū)輸運系數(shù)基區(qū)輸運系數(shù)及基區(qū)渡越時間及基區(qū)渡越時間集電結勢壘輸

29、運系數(shù)集電結勢壘輸運系數(shù)及渡越時間及渡越時間集電區(qū)倍增集電區(qū)倍增(衰減衰減)因子因子與集電極延遲時間與集電極延遲時間62 3.5 晶體管電流放大系數(shù)與頻率的關系晶體管電流放大系數(shù)與頻率的關系一、共基極運用一、共基極運用其中其中63二、共發(fā)射極運用二、共發(fā)射極運用（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64代入、整理、代入、整理、化簡化簡比較上兩式有比較上兩式有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6566（二）討論（二）討論 共發(fā)射極截止頻率遠低于共基極截共發(fā)射極截止頻率遠低于共基極截止頻率，特征

30、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(早早)。2、時時，基基極極電電流流的的主主要要成成分分是是充充、放放電電電電流流，而而在低頻情況下在低頻情況下，基極電流主要是復合電流，基極電流主要是復合電流。共基寬帶共基寬帶共射選頻共射選頻67三、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)渡越時間、基區(qū)渡越時間2、發(fā)射結延遲時間、發(fā)射結延遲時間3、集電結勢壘渡越時間、集電結勢壘渡越時間 和集電極延遲時間和集電極延遲時間 遠小于前兩項遠小于前兩項提高提高fT的措施的措施一般最大，是一般

31、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，t tb增大增大4倍倍提提高高基基區(qū)區(qū)雜雜質質濃濃度度梯梯度度，增增大大電電場場因因子子，自自建建電電場場的的漂漂移移作作用用將將使使t tb減減小小；但但表表面面濃濃度度增增大大將將減減小小Dnb，又使又使t tb增大，故增大，故=25特特征征頻頻率率fT是是晶晶體體管管最最重重要要的的也也是是最最實實用用的的高高頻頻參參數(shù)數(shù)之之一一，因因為為它它不不僅僅僅僅是是晶晶體體管管作作電電流流放放大大用用的的最最高高頻頻率率極極限限，也也直直接接影影響響著著晶晶體體管管高高頻頻下下的的功功率率放放大大能能力力和和開開關關特特性性。因因

32、而而在在設設計與制造中總是設法提高其數(shù)值。計與制造中總是設法提高其數(shù)值。68減薄基區(qū)寬度，可采用淺結擴散或離子注入技術。減薄基區(qū)寬度，可采用淺結擴散或離子注入技術。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；適當提高基區(qū)雜質濃度梯；適當提高基區(qū)雜質濃度梯度以建立一定的基區(qū)自建電場。度以建立一定的基區(qū)自建電場。減小結面積減小結面積Ae、Ac，以減小結電容。，以減小結電容。減小集電區(qū)電阻及厚度，采用外延結構，以減小減小集電區(qū)電阻及厚度，采用外延結構，以減小xmc及及rcs，但集電區(qū)電阻率及外延層厚度的選擇要照顧到對擊穿電壓的但集電區(qū)電阻率及外延層厚度的選擇要照顧到對擊穿電壓的影響。影響

33、。做好做好Al電極歐姆接觸。電極歐姆接觸。注意管殼的設計及選擇，以減小雜散電容。注意管殼的設計及選擇，以減小雜散電容。在結構參數(shù)均相同時，在結構參數(shù)均相同時，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69 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。在滿足阻抗匹配時的最大功率增條件。在滿足阻抗匹配時的最大功率增益稱為益稱為最佳功率增益最佳功率增益。功率增益取決于電流放大系數(shù)，

34、故與工作頻率有關。功率增益取決于電流放大系數(shù)，故與工作頻率有關。70輸入、輸出端滿足共軛匹配條件時，可獲得最大功率增益輸入、輸出端滿足共軛匹配條件時，可獲得最大功率增益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：要求負載阻抗為：要求負載阻抗為：!71上式上式說明，說明，KPm與與fT成成正比，與正比，與rb、Cc成成反比，與反比，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72可見可見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

35、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當KPm=1時，時，fM稱為晶體管的最高振蕩頻率功率放大的最高頻率稱為晶體管的高頻優(yōu)值73三、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，減少基區(qū)電阻減少基區(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、淺結擴散、淺結擴散2、濃硼擴散、濃硼擴散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Le淺結擴散既可獲得薄的基區(qū)寬淺結擴散既可獲得薄的基區(qū)

36、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7475 3.7 工作條件對晶體管工作條件對晶體管fT、Kpm的影響的影響一、工作條件對一、工作條件對fT的影響的影響1.工作電壓工作電壓Vce對對fT的影響的影響2.工作電流工作電流Ic對對fT的影響的影響1.工作電壓工作電壓Vce對對Kpm的影響的影響 2.工作電流工作電流Ic對對Kpm的影響的影響二、工作條件對二、工作條件對Kpm的影響的影響 工工作作條條件件包包括括工工作作電電壓壓和和工工作作電電流流，通通過過結結電電容容、結結電電導導（阻阻）、勢勢壘壘寬寬度度和和基基區(qū)區(qū)寬寬度度等等參參數(shù)影響頻率參數(shù)數(shù)影響頻率參數(shù)761.工作電壓

37、工作電壓Vce對對fT的影響的影響2.工作電流工作電流Ic對對fT的影響的影響fT fT 隨隨Vce ,fT:Vce Vcb xmc Wb t tb Vce Vcb CTc t tc Vce Vcb Ecb v vsl t td 隨隨Vce,fT :v vsl后，后，xmc t td t tb、t tc變化不大變化不大fT fT 隨隨Ic ,fT:Ic Ie re t te 隨隨Ic,fT :發(fā)生發(fā)生有效基區(qū)擴展效應有效基區(qū)擴展效應Wb t tb 771.工作電壓工作電壓Vce對對Kpm的影響的影響隨隨Vce ,Kpm:Vce Vcb xmc Cc Vce Vcb xmc Wb rb 隨隨Vc

38、e,Kpm 上升變緩上升變緩:Vce xmc擴展變緩擴展變緩x1擴展變緩擴展變緩Wb 變變緩，緩，Cc 變緩變緩781.工作電壓工作電壓Vce對對Kpm的影響的影響2.工作電流工作電流Ic對對Kpm的影響的影響隨隨fT的變化的變化隨隨Vce ,Kpm:Vce Vcb xmc Cc Vce Vcb xmc Wb rb 隨隨Vce,Kpm 上升變緩上升變緩:Vce xmc擴展變緩擴展變緩x1擴展變緩擴展變緩Wb 變變緩，緩，Cc 變緩變緩793.1 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

39、數(shù)及及等效電路等效電路3.4 高頻下晶體管中高頻下晶體管中載流子的輸運載流子的輸運及及中間參數(shù)中間參數(shù)3.5 晶體管電流放大系數(shù)的頻率關系晶體管電流放大系數(shù)的頻率關系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晶體管對晶體管fT、KPm的影響的影響本章小結本章小結80一、交流短路電流放大系數(shù)一、交流短路電流放大系數(shù)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 所對應的頻率值所對應的頻率值 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

40、 所對應的頻率值所對應的頻率值特征頻率特征頻率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時時 對應的工作頻率對應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時對應的頻率時對應的頻率81一、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）交流信號作用下交流信號作用下基區(qū)電子一維擴散方程基區(qū)電子一維擴散方程基區(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）分解與時間有關項分解與時間有關項和與時間無關項和與時間無關項基區(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發(fā)射結的空穴通過發(fā)射結的空穴電流密度交流分量電流密度交流分

41、量交流信號作用下交流信號作用下發(fā)射區(qū)空穴一維擴散方程發(fā)射區(qū)空穴一維擴散方程均勻基區(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高頻頻參參數(shù)數(shù)頻頻率率特特性性3.2 晶體管的晶體管的交流特性交流特性分析分析82二、緩變基區(qū)晶體管二、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83 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1、共基極本征輸入導納、共基極本征輸入導納Ycei2、共基極本征輸出導納、共基極本征輸出導納Ycci3、共

42、基極本征正向轉移導納、共基極本征正向轉移導納Ycei4、共基極本征反向轉移導納、共基極本征反向轉移導納Yeci84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質（關系）方法方法：利用晶體管的等效電路，逐步分析載流子的運動過程（中間參數(shù)）實質實質：RC回路對高頻信號產生延遲和相移（電容的分流作用）3.4 高頻下晶體管中載流子的輸運過程高頻下晶體管中載流子的輸運過程發(fā)射結發(fā)射發(fā)射結發(fā)射基區(qū)輸運基區(qū)輸運集電結收集集電結收集集電極輸出集電極輸出85 交變信號作用下交變信號作用下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動產生載流子運動產生延遲延遲；充放電電流的分流作用使充放電

43、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)下降發(fā)射結勢壘電容發(fā)射結勢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)的電流延遲基區(qū)的電流延遲發(fā)射結擴散電容發(fā)射結擴散電容充放電使充放電使基區(qū)輸運系數(shù)下降和基基區(qū)輸運系數(shù)下降和基區(qū)渡越延遲區(qū)渡越延遲集電結勢壘電容集電結勢壘電容因交變電流改變其中電荷量及因交變電流改變其中電荷量及串聯(lián)電阻上壓降改變其兩端電壓而分別產生串聯(lián)電阻上壓降改變其兩端電壓而分別產生集電集電結勢壘渡越延遲結勢壘渡越延遲和和集電極延遲集電極延遲86發(fā)射效率及發(fā)射效率及發(fā)射結延遲時間發(fā)射結延遲時間基區(qū)輸運系數(shù)基區(qū)輸運系數(shù)及基區(qū)渡越

44、時間及基區(qū)渡越時間集電結勢壘輸運系數(shù)集電結勢壘輸運系數(shù)及渡越時間及渡越時間集電區(qū)倍增集電區(qū)倍增(衰減衰減)因子因子與集電極延遲時間與集電極延遲時間87 3.5 晶體管電流放大系數(shù)與頻率的關系晶體管電流放大系數(shù)與頻率的關系一、共基極運用一、共基極運用二、共發(fā)射極運用二、共發(fā)射極運用（一）（一）隨頻率的變化隨頻率的變化（二）討論（二）討論2、時時，基基極極電電流流的的主主要要成成分分是是充充、放放電電電電流流，而而在低頻情況下在低頻情況下，基極電流主要是復合電流，基極電流主要是復合電流。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88 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fM稱為晶體管的最高振蕩頻率功率放大的最高頻率稱為晶體管的高頻優(yōu)值89 3.7 工作條件對晶體管工作條件對晶體管fT、Kpm的影響的影響 工工作作條條件件包包括括工工作作電電壓壓和和工工作作電電流流，通通過過結結電電容容、結結電電導導（阻阻）、勢勢壘壘寬寬度度和和基基區(qū)區(qū)寬寬度度等等參參數(shù)影響頻率參數(shù)數(shù)影響頻率參數(shù)90謝謝！謝謝！9192