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1、双极型晶体管的频率特性白底1第1页，共91页，编辑于2022年，星期五 双极型三极管的参数参 数型 号 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 3
2、25 8注：*为 f 功率特性功率特性2第2页，共91页，编辑于2022年，星期五 双极型三极管的参数参 数型 号 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
3、 400 325 8注：*为 f 反向特性反向特性3第3页，共91页，编辑于2022年，星期五 双极型三极管的参数参 数型 号 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 25
4、0W 30A 400 325 8注：*为 f 频率特频率特性性hfe放大特性放大特性开关管开关特性参数开关管开关特性参数4第4页，共91页，编辑于2022年，星期五第三章第三章 双极型晶体管的频率特性双极型晶体管的频率特性3.1 晶体管晶体管交流电流放大系数交流电流放大系数与与频率参数频率参数3.2 晶体管的晶体管的交流特性交流特性分析分析3.3 晶体管的晶体管的高频参数高频参数及及等效电路等效电路3.4 高频下晶体管中高频下晶体管中载流子的输运载流子的输运及及中间参数中间参数3.5 晶体管电流放大系数的频率关系晶体管电流放大系数的频率关系3.6 晶体管的晶体管的高频功率增益高频功率增益3.7
5、 工作条件工作条件对晶体管对晶体管fT、KPm的影响的影响5第5页，共91页，编辑于2022年，星期五一、交流短路电流放大系数一、交流短路电流放大系数共基极交流短路电流放大系数：共基极交流短路电流放大系数：共发射极极交流短路电流放大系数：共发射极极交流短路电流放大系数：两者之间的关系：两者之间的关系：3.1 晶体管交流电流放大系数与频率参数晶体管交流电流放大系数与频率参数6第6页，共91页，编辑于2022年，星期五二、晶体管的频率参数二、晶体管的频率参数 截止频率截止频率 f：共基极电流放大系数减小到低频值的共基极电流放大系数减小到低频值的 所对应的频率值所对应的频率值 截止频率截止频率 f
6、：共发射极电流放大系数减小到低频值的：共发射极电流放大系数减小到低频值的 所对应的频率值所对应的频率值7第7页，共91页，编辑于2022年，星期五特征频率特征频率fT：共发射极交流短路电流放大系数为：共发射极交流短路电流放大系数为1时时 对应的工作频率对应的工作频率最高振荡频率最高振荡频率fM：功率增益为：功率增益为1时对应的频率时对应的频率二、晶体管的频率参数二、晶体管的频率参数8第8页，共91页，编辑于2022年，星期五二、晶体管的频率参数二、晶体管的频率参数9第9页，共91页，编辑于2022年，星期五 3.2 晶体管的交流特性分析晶体管的交流特性分析 晶体管在实际应用时大多是在直流偏压上
7、叠加上交流小信晶体管在实际应用时大多是在直流偏压上叠加上交流小信号，即作用在结上的总电压应为交、直流两部分电压之和，如号，即作用在结上的总电压应为交、直流两部分电压之和，如果所叠加的交流信号为正弦波，则果所叠加的交流信号为正弦波，则作用在发射结上的总电压为：作用在发射结上的总电压为：作用在集电结上的总电压为：作用在集电结上的总电压为：10第10页，共91页，编辑于2022年，星期五注意：一维模型中规定的电流方向注意：一维模型中规定的电流方向 与与npn管实际电流方向相反管实际电流方向相反11第11页，共91页，编辑于2022年，星期五一、均匀基区晶体管（以一、均匀基区晶体管（以npn管为例）管
8、为例）交流信号作用下交流信号作用下基区电子一维扩散方程基区电子一维扩散方程基区电子密度分布基区电子密度分布（直流、交流叠加）（直流、交流叠加）分解与时间有关项分解与时间有关项和与时间无关项和与时间无关项基区电子电流密度基区电子电流密度交流分量交流分量通过发射结的空穴通过发射结的空穴电流密度交流分量电流密度交流分量交流信号作用下交流信号作用下发射区空穴一维扩散方程发射区空穴一维扩散方程均匀基区晶体管均匀基区晶体管交流电流交流电流-电压方程电压方程高高频频参参数数频频率率特特性性12第12页，共91页，编辑于2022年，星期五一、均匀基区晶体管（以一、均匀基区晶体管（以npn管为例）管为例）在交流
9、信号作用下基区电子的一维扩散方程：在交流信号作用下基区电子的一维扩散方程：13第13页，共91页，编辑于2022年，星期五14第14页，共91页，编辑于2022年，星期五边界条件：边界条件：x=0时时，边界条件：边界条件：x=Wb其中：其中：15第15页，共91页，编辑于2022年，星期五16第16页，共91页，编辑于2022年，星期五通过基区的电子电流密度交流分量通过基区的电子电流密度交流分量同理，可求出通过发射结的空穴电流密度的交流分量同理，可求出通过发射结的空穴电流密度的交流分量17第17页，共91页，编辑于2022年，星期五通过发射结的交流电流分量：通过发射结的交流电流分量：集电极电流
10、的交流分量：集电极电流的交流分量：此二式即为此二式即为均匀基区晶体管交流电流均匀基区晶体管交流电流电压方程电压方程18第18页，共91页，编辑于2022年，星期五基区宽变效应：基区宽度随结电压变化而变化，从而引起输出电流的变化计入基区宽变效应：计入基区宽变效应：19第19页，共91页，编辑于2022年，星期五二、缓变基区晶体管二、缓变基区晶体管基区电子的一维连续性方程基区电子的一维连续性方程20第20页，共91页，编辑于2022年，星期五 3.3 晶体管的高频参数及等效电路晶体管的高频参数及等效电路一、晶体管高频一、晶体管高频Y参数及其等效电路参数及其等效电路二、晶体管高频二、晶体管高频h参数
11、及其等效电路参数及其等效电路n将晶体管看作四端网络来讨论其高频特性（输入、输出关系）将晶体管看作四端网络来讨论其高频特性（输入、输出关系）n描述四端网络的高频参数（方程组）有描述四端网络的高频参数（方程组）有nY参数参数短路导纳参数短路导纳参数nZ参数参数开路阻抗参数开路阻抗参数nh参数参数混合参数混合参数nS参数参数散射参数散射参数 等等nY参数的表达形式与晶体管的参数的表达形式与晶体管的I-V方程一致，可直接由方程一致，可直接由I-V方程得方程得到，且物理意义明显到，且物理意义明显nh参数更符合晶体管的实际特点，易于实际测量参数更符合晶体管的实际特点，易于实际测量21第21页，共91页，编
12、辑于2022年，星期五n晶体管高频参数是高频特性方程组中的一组参数晶体管高频参数是高频特性方程组中的一组参数n一方面，将晶体管的结构参数与四端网络的特性参数一方面，将晶体管的结构参数与四端网络的特性参数相联系相联系n另一方面，通过等效电路反映晶体管内部结构与外电路另一方面，通过等效电路反映晶体管内部结构与外电路的关系，使晶体管的的关系，使晶体管的CAD及计算机模拟得以实现及计算机模拟得以实现 3.3 晶体管的高频参数及等效电路晶体管的高频参数及等效电路22第22页，共91页，编辑于2022年，星期五一、晶体管高频一、晶体管高频Y参数及其等效电路参数及其等效电路n由交流由交流I-V方程可以直接得
13、到最基本的方程可以直接得到最基本的Y参数，称为参数，称为本征参数本征参数n加上（必要的）非本征参数构成较完整的高频等效电路加上（必要的）非本征参数构成较完整的高频等效电路Ie、Ic的幅值：的幅值：23第23页，共91页，编辑于2022年，星期五按四端网络定义方向整理后：按四端网络定义方向整理后：24第24页，共91页，编辑于2022年，星期五由连续性方程所得，称本征由连续性方程所得，称本征Y参数，且没有频率限制参数，且没有频率限制25第25页，共91页，编辑于2022年，星期五1、共基极本征输入导纳、共基极本征输入导纳Ycein输出端交流短路时，输入端交流电流幅值输出端交流短路时，输入端交流电
14、流幅值随输入电压的变化随输入电压的变化1)设设=1，即忽略，即忽略IpE2)认为认为 Wb/Lnb为一阶无穷小，展开双曲函数，略去高次项，为一阶无穷小，展开双曲函数，略去高次项，还原还原Cn26第26页，共91页，编辑于2022年，星期五27第27页，共91页，编辑于2022年，星期五2、共基极本征输出导纳、共基极本征输出导纳Yccin输入端交流短路时，输出端交流电流幅值随输输入端交流短路时，输出端交流电流幅值随输出电压的变化出电压的变化28第28页，共91页，编辑于2022年，星期五3、共基极本征正向转移导纳、共基极本征正向转移导纳Ycein输出端交流短路时，输入端交流电压对输出输出端交流短
15、路时，输入端交流电压对输出端交流电流的影响端交流电流的影响说明：正向转移导纳可看作将输入导纳转移到说明：正向转移导纳可看作将输入导纳转移到 （被（被 放大了的）输出端的等效导纳，或放大了的）输出端的等效导纳，或 者说，是输出端输出的，被放大了的输者说，是输出端输出的，被放大了的输 入导纳入导纳 即：由输入电压即：由输入电压ue输入电流输入电流Ie输出电流输出电流Ic29第29页，共91页，编辑于2022年，星期五4、共基极本征反向转移导纳、共基极本征反向转移导纳Yecin输入端交流短路时，输出端交流电压对输入端电输入端交流短路时，输出端交流电压对输入端电流的影响流的影响30第30页，共91页，
16、编辑于2022年，星期五n无量纲，称为无量纲，称为电压反馈系数电压反馈系数n当保持发射极交流开路时，即当保持发射极交流开路时，即Ie=0，IE不变，集电极不变，集电极电压变化对发射极电压的影响电压变化对发射极电压的影响n也称也称反向电压放大系数反向电压放大系数n发发射射极极交交流流开开路路，意意味味着着发发射射极极电电流流维维持持直直流流偏偏置置电电流流不不变变（恒恒流流），当当VcVc时时，Wb产产生生Wb的的变变化化，引引起起基基区区少少子子分分布布变变化化，为为了了使使IE不不变变(Ie=0)，应有，应有VE使使nE变化变化nEn(x)nEnb(x)xn(x)31第31页，共91页，编辑
17、于2022年，星期五32第32页，共91页，编辑于2022年，星期五33第33页，共91页，编辑于2022年，星期五二、晶体管高频二、晶体管高频h参数及其等效电路参数及其等效电路34第34页，共91页，编辑于2022年，星期五二、晶体管高频二、晶体管高频h参数及其等效电路参数及其等效电路1、共基极、共基极h参数及其等效电路参数及其等效电路n输入端电压为两部分电压串联输入端电压为两部分电压串联n输入电流在输入阻抗上的压降输入电流在输入阻抗上的压降n输出电压对输入回路的反作用（电压源）输出电压对输入回路的反作用（电压源）n输出电流为两部分电流并联输出电流为两部分电流并联n被放大的输入电流（电流源）
18、被放大的输入电流（电流源）n输出电压在输出阻抗上产生的电流输出电压在输出阻抗上产生的电流+-+-iehrbucichibhfbIchobbec35第35页，共91页，编辑于2022年，星期五nh参数与参数与Y参数只是从不同角度反映晶体管内部电流、电压关参数只是从不同角度反映晶体管内部电流、电压关系，系，因而其间可以互相转换因而其间可以互相转换n低频时可忽略电容效应低频时可忽略电容效应n高频时可忽略基区宽变效应高频时可忽略基区宽变效应36第36页，共91页，编辑于2022年，星期五低频时可忽略电容效应低频时可忽略电容效应高频时可忽略基区宽变效应高频时可忽略基区宽变效应37第37页，共91页，编辑
19、于2022年，星期五 h11和h12的意义 h21和h22的意义2、共发射极、共发射极h参数及其等效电路参数及其等效电路nh参参数数都都是是小小信信号号参参数数，即即微微变变参参数或交流参数。数或交流参数。nh参参数数与与工工作作点点有有关关，在在放放大大区基本不变。区基本不变。nh参参数数都都是是微微变变参参数数，所所以以只只适适合对交流小信号的分析合对交流小信号的分析38第38页，共91页，编辑于2022年，星期五39第39页，共91页，编辑于2022年，星期五40第40页，共91页，编辑于2022年，星期五n目的目的：高频下晶体管电流放大系数随工作频率变化的物理实质（关系）n方法方法：利
20、用晶体管的等效电路，逐步分析载流子的运动过程（中间参数）n实质实质：RC回路对高频信号产生延迟和相移（电容的分流作用）3.4 高频下晶体管中载流子的输运过程高频下晶体管中载流子的输运过程发射结发射发射结发射基区输运基区输运集电结收集集电结收集集电极输出集电极输出41第41页，共91页，编辑于2022年，星期五一、发射效率及发射结延迟时间一、发射效率及发射结延迟时间对对CTe进行充、放电的电流对输出没有贡献，导致进行充、放电的电流对输出没有贡献，导致降低降低42第42页，共91页，编辑于2022年，星期五因re、CTe并联，具有等电压关系发射极截止角频率发射结延迟时间CTe的作用的作用：1、对、
21、对 Ie的分流作用使发射效率幅的分流作用使发射效率幅 值随频率升高而下降值随频率升高而下降 2、RC延迟作用使注入电流滞后于延迟作用使注入电流滞后于 输入电流一个相位角输入电流一个相位角43第43页，共91页，编辑于2022年，星期五二、基区输运系数及基区渡越时间二、基区输运系数及基区渡越时间基区输运系数随信号频率升高而减小：基区输运系数随信号频率升高而减小：实质是高频信号首先对发射结扩散电容充放电（基区积实质是高频信号首先对发射结扩散电容充放电（基区积累电荷的数量改变），这一电流仅形成基极电流，对输出累电荷的数量改变），这一电流仅形成基极电流，对输出电流没有贡献，导致输运系数降低及信号延迟电
22、流没有贡献，导致输运系数降低及信号延迟44第44页，共91页，编辑于2022年，星期五二、基区输运系数及基区渡越时间二、基区输运系数及基区渡越时间注意：以集电极交流短路为注意：以集电极交流短路为条件，即条件，即uc=045第45页，共91页，编辑于2022年，星期五进行整理、简化，得对均匀基区对均匀基区m0.22对基区杂质按指数分对基区杂质按指数分布的缓变基区晶体管布的缓变基区晶体管46第46页，共91页，编辑于2022年，星期五对于均匀基区，如果对于均匀基区，如果(3-67)展开双曲展开双曲函数后取一级近似，则有函数后取一级近似，则有比较上两式，有比较上两式，有因re和CDe并联等电压，则有
23、47第47页，共91页，编辑于2022年，星期五对于均匀基区渡越时间有以下三个表达式：对于均匀基区渡越时间有以下三个表达式：m的实质是基区少子建立准稳态分布的弛豫时间与的实质是基区少子建立准稳态分布的弛豫时间与对扩散电容充放电延迟时间之比对扩散电容充放电延迟时间之比 由于不同的近似或省略造成系数上的差别，其本质都是发由于不同的近似或省略造成系数上的差别，其本质都是发射结扩散电容充放电（改变基区积累的电荷数）引起基区渡越射结扩散电容充放电（改变基区积累的电荷数）引起基区渡越延迟时间，即基区渡越时间。延迟时间，即基区渡越时间。认为 Wb/Lnb为一阶无穷小48第48页，共91页，编辑于2022年，
24、星期五 发发射射结结上上电电压压的的交交变变同同时时引引起起CDe和和CTe的的充充放放电电，这这两两部部分分电电容容的的充充放放电电电电流流最最后后均均转转变变成成基基极极电电流流，使使总总发发射射极极电电流流随随频率升高而增大，发射效率下降。频率升高而增大，发射效率下降。在在等等效效电电路路上上CTe 和和CDe 是是并并联联的的，但但实实质质上上CTe 反反映映的的电电荷荷变变化化发发生生在在eb结结势势垒垒区区，而而CDe反反映映的的电电荷荷变变化化发发生生在基区中在基区中。发射结等效电路发射结等效电路49第49页，共91页，编辑于2022年，星期五三、集电结势垒输运系数及渡越时间三、
25、集电结势垒输运系数及渡越时间 通过基区输运到集电结势垒通过基区输运到集电结势垒边界的载流子，在反偏集电结空边界的载流子，在反偏集电结空间电荷区强电场作用下漂移通过间电荷区强电场作用下漂移通过空间电荷区，同时产生空间电荷区，同时产生幅值的幅值的下降和相移下降和相移，其实质是交流信号作用下，其实质是交流信号作用下，集电结空间电荷区边界平移，载集电结空间电荷区边界平移，载流子对空间电荷区充放电而引起流子对空间电荷区充放电而引起的的正半周正半周负半周负半周集电结空间电荷区没有交流信号没有交流信号50第50页，共91页，编辑于2022年，星期五负半周负半周集电结空间电荷区没有交流信号没有交流信号正半周正
26、半周n电子穿过集电结空间电荷区引电子穿过集电结空间电荷区引起其中电荷分布的变化起其中电荷分布的变化n直流时，这种变化是稳定的，小注直流时，这种变化是稳定的，小注入下可以忽略（耗尽层近似）入下可以忽略（耗尽层近似）n交流时，这种变化是交变的交流时，这种变化是交变的n在信号在信号正半周正半周，流入电子（负电荷），流入电子（负电荷）密度增大密度增大，负电荷区电荷密度，负电荷区电荷密度增大增大，正，正电荷区电荷密度电荷区电荷密度减小减小；一定的结电压下，前者；一定的结电压下，前者变窄变窄，后者，后者变宽变宽n在信号在信号负半周负半周，流入电子（负电荷），流入电子（负电荷）密度减小密度减小，负电荷区电荷
27、密度，负电荷区电荷密度减小减小，正电荷区电荷密度正电荷区电荷密度增大增大；一定的结电压下，前者；一定的结电压下，前者变宽变宽，后者，后者变窄变窄n正负电荷区宽度的变化由载流子的流动实现，相当于电容的充、放电，电子由穿过正负电荷区宽度的变化由载流子的流动实现，相当于电容的充、放电，电子由穿过集电区的电子流分流，空穴由基极电流提供集电区的电子流分流，空穴由基极电流提供51第51页，共91页，编辑于2022年，星期五关于集电结势垒渡越时间（空间电荷区延迟时间）有n平行板电容器模型晶体管原理张屏英 周佑谟n单边突变结模型微电子技术基础曹培栋参考 (P166)nQd=Q/2模型双极型和场效应晶体管自学5
28、2第52页，共91页，编辑于2022年，星期五n附加电场的电力线终止在极板上，使极板上感应出相应的电荷n极板a上感应正电荷，对应基极电流提供的空穴n极板b上感应正电荷，对应集电区侧空间电荷区展宽，电子流出，形成传导电流n因此，运动电荷尚未到达b极板，极板上已因感应而产生传导电流n集电结空间电荷区是载流子耗尽的高阻区，相当于平行板电容器n空间电荷区边界相当于电容器的极板n空间电荷区宽度相当于电容器极板间距离n集电结电压相当于板间所加电压n输出端交流短路时，板间电压为集电结反向偏置电压n若有一面密度为Qs的电荷层在板间电场作用下，以速度v由a向b运动n运动电荷产生徙动电流Qvn电荷层前后产生附加电
29、场Ea、EbEaEbQsab基区基区集电区集电区速度速度v0 xx1xmcVCB53第53页，共91页，编辑于2022年，星期五EaEbQsab基区基区集电区集电区速度速度v0 xx1xmcVCB54第54页，共91页，编辑于2022年，星期五以上讨论的是一个电荷薄层在集电结空间电荷区运动的情况以上讨论的是一个电荷薄层在集电结空间电荷区运动的情况55第55页，共91页，编辑于2022年，星期五56第56页，共91页，编辑于2022年，星期五57第57页，共91页，编辑于2022年，星期五n集电结势垒延迟时间等于载流子穿越空间电荷区所需延迟时间的一半n集电极电流并不是渡越势垒的载流子到达集电极“
30、极板”才产生的，当载流子还在穿越空间电荷区的过程中，就在集电极产生了感应电流n集电极电流是空间电荷区内运动的载流子在集电极所产生的感应电流的平均表现n当信号波长远大于势垒区宽度时，所得结果才成立58第58页，共91页，编辑于2022年，星期五四、集电区倍增因子与集电极延迟时间四、集电区倍增因子与集电极延迟时间1.集电极电流在集电极串联电阻上的压降形成电场，该集电极电流在集电极串联电阻上的压降形成电场，该电场促进少子空穴流向集电结，使集电极电流增大。电场促进少子空穴流向集电结，使集电极电流增大。一般情况下可认为一般情况下可认为集电区倍增因子集电区倍增因子等于等于12.输出端交流短路时，集电极串联
31、电阻输出端交流短路时，集电极串联电阻rcs上的交流压降上的交流压降引起集电结势垒电容引起集电结势垒电容CTc两端电压交变，导致其充放电两端电压交变，导致其充放电电流对输出电流分流，使输出电流减小电流对输出电流分流，使输出电流减小3.定义定义集电极衰减因子集电极衰减因子4.集电极截止角频率集电极截止角频率5.集电极延迟时间集电极延迟时间6.集电结势垒输运和集电极延迟同时发生在集电结势垒集电结势垒输运和集电极延迟同时发生在集电结势垒区中，只是从物理概念上分别讨论区中，只是从物理概念上分别讨论59第59页，共91页，编辑于2022年，星期五n交变电流流过集电结势垒区引起其中电荷量的变化交变电流流过集
32、电结势垒区引起其中电荷量的变化n交变电流流过集电区在串联电阻上产生压降引起集电结交变电流流过集电区在串联电阻上产生压降引起集电结势垒电容上电压交变势垒电容上电压交变n两者都通过集电结势垒电容的充放电对输出电流分流并产两者都通过集电结势垒电容的充放电对输出电流分流并产生延迟生延迟n两者同时发生在集电结中两者同时发生在集电结中Vbc恒定恒定（交流短路）（交流短路）rcs集集电电极极CinciciCTe60第60页，共91页，编辑于2022年，星期五 交变信号作用下交变信号作用下n晶体管各部分电容充放电使晶体管各部分电容充放电使载流子运动产生延载流子运动产生延迟迟；n充放电电流的分流作用使充放电电流
33、的分流作用使输出电流幅值下降，输出电流幅值下降，电流放大系数下降电流放大系数下降n发射结势垒电容发射结势垒电容充放电引起充放电引起发射效率下降和注入基区的发射效率下降和注入基区的电流延迟电流延迟n发射结扩散电容发射结扩散电容充放电使充放电使基区输运系数下降和基区渡基区输运系数下降和基区渡越延迟越延迟n集电结势垒电容集电结势垒电容因交变电流改变其中电荷量及因交变电流改变其中电荷量及n串联电阻上压降改变其两端电压而分别产生串联电阻上压降改变其两端电压而分别产生集电结势垒集电结势垒渡越延迟渡越延迟和和集电极延迟集电极延迟61第61页，共91页，编辑于2022年，星期五62第62页，共91页，编辑于2
34、022年，星期五发射效率及发射效率及发射结延迟时间发射结延迟时间基区输运系数基区输运系数及基区渡越时间及基区渡越时间集电结势垒输运系数集电结势垒输运系数及渡越时间及渡越时间集电区倍增集电区倍增(衰减衰减)因子因子与集电极延迟时间与集电极延迟时间63第63页，共91页，编辑于2022年，星期五 3.5 晶体管电流放大系数与频率的关系晶体管电流放大系数与频率的关系一、共基极运用一、共基极运用其中其中64第64页，共91页，编辑于2022年，星期五二、共发射极运用二、共发射极运用（一）（一）随频率的变化随频率的变化是是c、b短路短路是是c c、e e短路短路65第65页，共91页，编辑于2022年，
35、星期五代入、整理、代入、整理、化简化简比较上两式有比较上两式有高频端高频端放大系数幅值与放大系数幅值与工作频率成反比工作频率成反比满足满足6dB/倍频程倍频程66第66页，共91页，编辑于2022年，星期五67第67页，共91页，编辑于2022年，星期五（二）讨论（二）讨论 共发射极截止频率远低于共基极截共发射极截止频率远低于共基极截止频率，特征频率略小于共基极截止频率，特征频率略小于共基极截止频率，随频率增高，止频率，随频率增高，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、时时，基基极极电电流流的的主主要要成成分分是是充充、放放电电电电流流，而而在在低低频频情情况下况下，基
36、极电流主要是复合电流，基极电流主要是复合电流。共基宽带共共基宽带共射选频射选频68第68页，共91页，编辑于2022年，星期五三、影响三、影响fT的因素和提高的因素和提高fT的途径的途径1、基区渡越时间、基区渡越时间2、发射结延迟时间、发射结延迟时间3、集电结势垒渡越时间、集电结势垒渡越时间 和集电极延迟时间和集电极延迟时间 远小于前两项远小于前两项提高提高fT的措施的措施n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nWb增大一倍，增大一倍，t tb增大增大4倍倍n提提高高基基区区杂杂质质浓浓度度梯梯度度，增增大大电电场场因因子子，自自建建电电场场的的漂漂移移作作用用将将使使t
37、tb减减小小；但但表表面面浓浓度度增增大大将将减减小小Dnb，又使，又使t tb增大，故增大，故=25 特特征征频频率率fT是是晶晶体体管管最最重重要要的的也也是是最最实实用用的的高高频频参参数数之之一一，因因为为它它不不仅仅仅仅是是晶晶体体管管作作电电流流放放大大用用的的最最高高频频率率极极限限，也也直直接接影影响响着着晶晶体体管管高高频频下下的的功功率率放放大大能能力力和和开开关关特特性性。因因而而在在设设计计与与制制造造中中总总是是设设法提高其数值。法提高其数值。69第69页，共91页，编辑于2022年，星期五n减薄基区宽度，可采用浅结扩散或离子注入技术。减薄基区宽度，可采用浅结扩散或离
38、子注入技术。n降低基区掺杂浓度降低基区掺杂浓度Nb以提高以提高Dnb；适当提高基区杂质浓度梯度以建立一；适当提高基区杂质浓度梯度以建立一定的基区自建电场。定的基区自建电场。n减小结面积减小结面积Ae、Ac，以减小结电容。，以减小结电容。n减小集电区电阻及厚度，采用外延结构，以减小减小集电区电阻及厚度，采用外延结构，以减小xmc及及rcs，但集电区，但集电区电阻率及外延层厚度的选择要照顾到对击穿电压的影响。电阻率及外延层厚度的选择要照顾到对击穿电压的影响。n做好做好Al电极欧姆接触。电极欧姆接触。n注意管壳的设计及选择，以减小杂散电容。注意管壳的设计及选择，以减小杂散电容。n在结构参数均相同时，
39、在结构参数均相同时，npn管较管较pnp管有较高的管有较高的fT(DnDp)。提高提高fT的措施的措施70第70页，共91页，编辑于2022年，星期五 3.6 晶体管的高频功率增益晶体管的高频功率增益一、最佳高频功率增益一、最佳高频功率增益KPm 为了得到晶体管最大有用功率增益，输入端和输出端必须满足为了得到晶体管最大有用功率增益，输入端和输出端必须满足共共轭匹配轭匹配条件。在满足阻抗匹配时的最大功率增益称为条件。在满足阻抗匹配时的最大功率增益称为最佳功率增最佳功率增益益。功率增益取决于电流放大系数，故与工作频率有关。功率增益取决于电流放大系数，故与工作频率有关。71第71页，共91页，编辑于
40、2022年，星期五输入、输出端满足共轭匹配条件时，可获得最大功率增益输入、输出端满足共轭匹配条件时，可获得最大功率增益输入端为纯电阻性匹配，输出端输出阻抗为容性。阻抗为：输入端为纯电阻性匹配，输出端输出阻抗为容性。阻抗为：要求负载阻抗为：要求负载阻抗为：!72第72页，共91页，编辑于2022年，星期五上式说明，上式说明，KPm与与fT成正比，与成正比，与rb、Cc成反比，与成反比，与f 2成反比成反比随随f上升，上升，KPm下降，下降，f增大一倍，增大一倍，KPm下降为下降为1/4（-6dB）即）即-6dB/倍频程倍频程73第73页，共91页，编辑于2022年，星期五可见可见fT并不能作为晶
41、体管是否具有功率放大能力的判据并不能作为晶体管是否具有功率放大能力的判据二、高频优值和最高振荡频率二、高频优值和最高振荡频率当当KPm=1时，时，fM称为晶体管的最高振荡频率功率放大的最高频率称为晶体管的高频优值74第74页，共91页，编辑于2022年，星期五三、提高功率增益或最高振荡频率的途径三、提高功率增益或最高振荡频率的途径提高提高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，减小基区，减小基区电阻电阻rb、输出电容、输出电容Cc及发射极引线电感及发射极引线电感Le等等1、浅结扩散、浅结扩散2、浓硼扩散、浓硼扩散3、减少输出电容、减少输出电容Cc4、减少发
42、射极引线电感、减少发射极引线电感Le浅结扩散既可获得薄的基区宽浅结扩散既可获得薄的基区宽度，又可有效减小基区方块阻度，又可有效减小基区方块阻75第75页，共91页，编辑于2022年，星期五76第76页，共91页，编辑于2022年，星期五 3.7 工作条件对晶体管工作条件对晶体管fT、Kpm的影响的影响一、工作条件对一、工作条件对fT的影响的影响1.工作电压工作电压Vce对对fT的影响的影响2.工作电流工作电流Ic对对fT的影响的影响1.工作电压工作电压Vce对对Kpm的影响的影响2.工作电流工作电流Ic对对Kpm的影响的影响二、工作条件对二、工作条件对Kpm的影响的影响 工工作作条条件件包包括
43、括工工作作电电压压和和工工作作电电流流，通通过过结结电电容容、结结电电导（阻）、势垒宽度和基区宽度等参数影响频率参数导（阻）、势垒宽度和基区宽度等参数影响频率参数77第77页，共91页，编辑于2022年，星期五1.工作电压工作电压Vce对对fT的影响的影响2.工作电流工作电流Ic对对fT的影响的影响fT fT n随随Vce ,fT:nVce Vcb xmc Wb t tb nVce Vcb CTc t tc nVce Vcb Ecb v vsl t td n随随Vce,fT :nv vsl后，后，xmc t td n t tb、t tc变化不大变化不大fT fT n随随Ic ,fT:nIc I
44、e re t te n随随Ic,fT :n发生发生有效基区扩展效应有效基区扩展效应Wb t tb 78第78页，共91页，编辑于2022年，星期五1.工作电压工作电压Vce对对Kpm的影响的影响n随随Vce ,Kpm:nVce Vcb xmc Cc nVce Vcb xmc Wb rb n随随Vce,Kpm 上升变缓上升变缓:nVce xmc扩展变缓扩展变缓x1扩展变缓扩展变缓Wb 变变缓，缓，Cc 变缓变缓79第79页，共91页，编辑于2022年，星期五1.工作电压工作电压Vce对对Kpm的影响的影响2.工作电流工作电流Ic对对Kpm的影响的影响n随随fT的变化的变化n随随Vce ,Kpm:
45、nVce Vcb xmc Cc nVce Vcb xmc Wb rb n随随Vce,Kpm 上升变缓上升变缓:nVce xmc扩展变缓扩展变缓x1扩展变缓扩展变缓Wb 变变缓，缓，Cc 变缓变缓80第80页，共91页，编辑于2022年，星期五3.1 晶体管晶体管交流电流放大系数交流电流放大系数与与频率参数频率参数3.2 晶体管的晶体管的交流特性交流特性分析分析3.3 晶体管的晶体管的高频参数高频参数及及等效电路等效电路3.4 高频下晶体管中高频下晶体管中载流子的输运载流子的输运及及中间参数中间参数3.5 晶体管电流放大系数的频率关系晶体管电流放大系数的频率关系3.6 晶体管的晶体管的高频功率增
46、益高频功率增益3.7 工作条件工作条件对晶体管对晶体管fT、KPm的影响的影响本章小结本章小结81第81页，共91页，编辑于2022年，星期五一、交流短路电流放大系数一、交流短路电流放大系数二、晶体管的频率参数二、晶体管的频率参数 截止频率截止频率 f：共基极电流放大系数减小到低频值的共基极电流放大系数减小到低频值的 所对应的频率值所对应的频率值 截止频率截止频率 f ：共发射极电流放大系数减小到低频值的：共发射极电流放大系数减小到低频值的 所对应的频率值所对应的频率值特征频率特征频率fT：共发射极交流短路电流放大系数为：共发射极交流短路电流放大系数为1时时 对应的工作频率对应的工作频率最高振
47、荡频率最高振荡频率fM：功率增益为：功率增益为1时对应的频率时对应的频率82第82页，共91页，编辑于2022年，星期五一、均匀基区晶体管（以一、均匀基区晶体管（以npn管为例）管为例）交流信号作用下交流信号作用下基区电子一维扩散方程基区电子一维扩散方程基区电子密度分布基区电子密度分布（直流、交流叠加）（直流、交流叠加）分解与时间有关项分解与时间有关项和与时间无关项和与时间无关项基区电子电流密度基区电子电流密度交流分量交流分量通过发射结的空穴通过发射结的空穴电流密度交流分量电流密度交流分量交流信号作用下交流信号作用下发射区空穴一维扩散方程发射区空穴一维扩散方程均匀基区晶体管均匀基区晶体管交流电
48、流交流电流-电压方程电压方程高高频频参参数数频频率率特特性性3.2 晶体管的晶体管的交流特性交流特性分析分析83第83页，共91页，编辑于2022年，星期五二、缓变基区晶体管二、缓变基区晶体管基区电子的一维连续性方程基区电子的一维连续性方程84第84页，共91页，编辑于2022年，星期五 3.3 晶体管的高频参数及等效电路晶体管的高频参数及等效电路一、晶体管高频一、晶体管高频Y参数及其等效电路参数及其等效电路二、晶体管高频二、晶体管高频h参数及其等效电路参数及其等效电路1、共基极本征输入导纳、共基极本征输入导纳Ycei2、共基极本征输出导纳、共基极本征输出导纳Ycci3、共基极本征正向转移导纳
49、、共基极本征正向转移导纳Ycei4、共基极本征反向转移导纳、共基极本征反向转移导纳Yeci85第85页，共91页，编辑于2022年，星期五n目的目的：高频下晶体管电流放大系数随工作频率变化的物理实质（关系）n方法方法：利用晶体管的等效电路，逐步分析载流子的运动过程（中间参数）n实质实质：RC回路对高频信号产生延迟和相移（电容的分流作用）3.4 高频下晶体管中载流子的输运过程高频下晶体管中载流子的输运过程发射结发射发射结发射基区输运基区输运集电结收集集电结收集集电极输出集电极输出86第86页，共91页，编辑于2022年，星期五 交变信号作用下交变信号作用下n晶体管各部分电容充放电使晶体管各部分电
50、容充放电使载流子运动产生延迟载流子运动产生延迟；n充放电电流的分流作用使充放电电流的分流作用使输出电流幅值下降，电输出电流幅值下降，电流放大系数下降流放大系数下降n发射结势垒电容发射结势垒电容充放电引起充放电引起发射效率下降和注入基区的发射效率下降和注入基区的电流延迟电流延迟n发射结扩散电容发射结扩散电容充放电使充放电使基区输运系数下降和基区渡越基区输运系数下降和基区渡越延迟延迟n集电结势垒电容集电结势垒电容因交变电流改变其中电荷量及因交变电流改变其中电荷量及n串联电阻上压降改变其两端电压而分别产生串联电阻上压降改变其两端电压而分别产生集电结势垒集电结势垒渡越延迟和集电极延迟渡越延迟和集电极延