晶体管的频率特性与功率特性
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当晶体管的放大能力下降到一定程度 时，就无法使用，这就表明晶体管的使用 频率有一个极限。
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
主要的高频参数
• 截止频率 • 特征频率 • 高频功率增益 • 最高振荡频率
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
4.1 晶体管的频率特性
半导体器件物理
i ne i CDe i VR i nc (0)
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
交流基区输运系数
* i nc (0) 1 i VR iCDe
i ne
i ne
频率越高，分流电流iCDe越大，到达 集电结的电子电流inc(0)越小
所以，基区输运系数β*也随着频率的 升高而下降。
ic
i e vBC00
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
发射结势垒电容分流电流iCTe
当发射极输入一交变信号时，发射结空间电荷区宽度
将随着交变信号变化，因而需要一部分电子电流对发射结 势垒电容进行充放电。（有一部分电子电流被势垒电容分 流，形成分流电流iCTe）
所以高频时发射极电流为
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
集电结空间电荷区输运系数
到达集电结边界的电子电流inc(0)，通过集电 结空间电荷区时需要一定的传输时间；耗尽层中
产生位移电流用于维持空间电荷区边界的变化， 使到达集电区边界的电子电流减少到inc(xm) 。
d
i nc (x m ) i nc (0)
ic ine inc (0)
ie ie ine
*
在各个传输过程中，由于结电容对传输电 流的分流作用，使传输电流的幅值减小，对电 容充放电所产生的延迟时间，使输出信号同输 入信号间存在相位差（延迟或不同步）。
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
● —— 本章重点
晶体管的频率特性 晶体管的功率增益和最高振荡频率 晶体管的大电流特性 晶体管的二次击穿 晶体管的安全工作区
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
在交流工作状态下，P-N结的电容效 应将对晶体管的工作特性产生影响。
当频率升高时，晶体管的放大特性要 发生变化，使晶体管的放大能力下降。
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
第4章
晶体管的频率特性与功率特性
4.1 晶体管的频率特性 4.2 高频等效电路 4.3 高频功率增益和最高振荡频率 4.4 晶体管的大电流特性 4.5 晶体管的最大耗散功率PCm和热阻RT 4.6 功率晶体管的二次击穿和安全工作区 4.7 高频大功率晶体管的图形结构
所以，交流发射效率γ随频率的升高而 下降。
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
扩散电容分流电流iCDe
在交流状态下，注入基区的少子浓度和基 区积累电荷将随着结压降的变化而变化。因此， 注入基区的少数载流子，一部分消耗于基区复 合，形成复合电流iVR外，还有一部分将消耗于 对扩散电容充放电，产生扩散电容分流电流 iCDe，真正到达基区集电结边界的电子电流只 有inc(0)。
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
最高振荡频率 f m
f m 表示最佳功率增益等于1时的频率。
晶体管具有功率增益的频率极限。
当 f f m 时，晶体管停止振荡。
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
共基极短路电流放大系数与频率的关系
1. 共基极交流短路电流放大系数的 定性分析
2. 共基极交流短路电流放大系数的 定量分析（略）
3. 共基极交流短路电流放大系数α
和截止频率 f
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
定性分析
共基极交流短路电流放大系数定义为输出 交流短路时，集电极输出交流电流ic与发射极 输入交流电流ie之比，并用α表示。（交流信号 用小写字母表示。）
f T 表示共射短路电流放大系数的幅值
下降到|β|=1时的频率。
它是晶体管在共射运用中具有电流放大 作用的频率极限。
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
从图可以看出，上述几个频率参数间有如下关系
Hale Waihona Puke Baidu
f fT f
且 f T 很接近 f 当工作频率满足 f f f 关系时，
|β|随频率的增加，按-6dB/倍频的速度下降。
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
集电区衰减因子αc
c
i ncc i nc (x m )
集电极输出电流ic应该等于从发射极传输过 来的电子电流incc和集电结反向电流ipc之和。
i c i ncc i pc
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
共基极交流短路电流放大系数α
i e i ne i pe i CTe
ine 发射结注入基区交流电子电流 ipe 发射结反注入空穴电流（基区注入发射结的空穴电流）
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
交流发射效率
ine 1 ipe iCTe
ie
ie
频率增高，结电容分流电流iCTe增大， 导致交流发射效率γ下降。
即 f = f 时，|β|=β0/
2
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
f 反映了电流放大系数β的幅值
|β|随频率上升而下降的快慢， 但并不是晶体管电流放大的频率极限。 晶体管电流放大的频率极限是后面将要 讲到的特征频率。
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
特征频率 fT
频率越高，位移电流越大，使βd随着频率增
高而下降。
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
集电结势垒电容分流电流iCTc
到达集电区的交变电子电流，在通 过集电区时 ，还需要用一部分电子电流 对集电结势垒电容充放电，形成势垒电 容的分流电流iCTc ，真正到达集电极的 电子电流只有incc
inc(xm)=incc+iCTc
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
f α截止频率 （共基极截止频率）
f 表示共基极短路电流放大系数的幅
值|α|下降到低频值α0的1/ 2时的频率。
即 f = f 时，|α|=α0/ 。2
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
β截止频率 f
f 表示共发射极短路电流放大系数的
幅值|β|下降到低频值β0的1/ 时2 的频率。
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
主要的高频参数
• 截止频率 • 特征频率 • 高频功率增益 • 最高振荡频率
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
4.1 晶体管的频率特性
半导体器件物理
i ne i CDe i VR i nc (0)
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
交流基区输运系数
* i nc (0) 1 i VR iCDe
i ne
i ne
频率越高，分流电流iCDe越大，到达 集电结的电子电流inc(0)越小
所以，基区输运系数β*也随着频率的 升高而下降。
ic
i e vBC00
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
发射结势垒电容分流电流iCTe
当发射极输入一交变信号时，发射结空间电荷区宽度
将随着交变信号变化，因而需要一部分电子电流对发射结 势垒电容进行充放电。（有一部分电子电流被势垒电容分 流，形成分流电流iCTe）
所以高频时发射极电流为
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第四章 晶体管的频率特性和功率特性
集电结空间电荷区输运系数
到达集电结边界的电子电流inc(0)，通过集电 结空间电荷区时需要一定的传输时间；耗尽层中
产生位移电流用于维持空间电荷区边界的变化， 使到达集电区边界的电子电流减少到inc(xm) 。
d
i nc (x m ) i nc (0)
ic ine inc (0)
ie ie ine
*
在各个传输过程中，由于结电容对传输电 流的分流作用，使传输电流的幅值减小，对电 容充放电所产生的延迟时间，使输出信号同输 入信号间存在相位差（延迟或不同步）。
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
● —— 本章重点
晶体管的频率特性 晶体管的功率增益和最高振荡频率 晶体管的大电流特性 晶体管的二次击穿 晶体管的安全工作区
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
在交流工作状态下，P-N结的电容效 应将对晶体管的工作特性产生影响。
当频率升高时，晶体管的放大特性要 发生变化，使晶体管的放大能力下降。
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
第4章
晶体管的频率特性与功率特性
4.1 晶体管的频率特性 4.2 高频等效电路 4.3 高频功率增益和最高振荡频率 4.4 晶体管的大电流特性 4.5 晶体管的最大耗散功率PCm和热阻RT 4.6 功率晶体管的二次击穿和安全工作区 4.7 高频大功率晶体管的图形结构
所以，交流发射效率γ随频率的升高而 下降。
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
扩散电容分流电流iCDe
在交流状态下，注入基区的少子浓度和基 区积累电荷将随着结压降的变化而变化。因此， 注入基区的少数载流子，一部分消耗于基区复 合，形成复合电流iVR外，还有一部分将消耗于 对扩散电容充放电，产生扩散电容分流电流 iCDe，真正到达基区集电结边界的电子电流只 有inc(0)。
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
最高振荡频率 f m
f m 表示最佳功率增益等于1时的频率。
晶体管具有功率增益的频率极限。
当 f f m 时，晶体管停止振荡。
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
共基极短路电流放大系数与频率的关系
1. 共基极交流短路电流放大系数的 定性分析
2. 共基极交流短路电流放大系数的 定量分析（略）
3. 共基极交流短路电流放大系数α
和截止频率 f
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
定性分析
共基极交流短路电流放大系数定义为输出 交流短路时，集电极输出交流电流ic与发射极 输入交流电流ie之比，并用α表示。（交流信号 用小写字母表示。）
f T 表示共射短路电流放大系数的幅值
下降到|β|=1时的频率。
它是晶体管在共射运用中具有电流放大 作用的频率极限。
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
从图可以看出，上述几个频率参数间有如下关系
Hale Waihona Puke Baidu
f fT f
且 f T 很接近 f 当工作频率满足 f f f 关系时，
|β|随频率的增加，按-6dB/倍频的速度下降。
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
集电区衰减因子αc
c
i ncc i nc (x m )
集电极输出电流ic应该等于从发射极传输过 来的电子电流incc和集电结反向电流ipc之和。
i c i ncc i pc
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
共基极交流短路电流放大系数α
i e i ne i pe i CTe
ine 发射结注入基区交流电子电流 ipe 发射结反注入空穴电流（基区注入发射结的空穴电流）
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
交流发射效率
ine 1 ipe iCTe
ie
ie
频率增高，结电容分流电流iCTe增大， 导致交流发射效率γ下降。
即 f = f 时，|β|=β0/
2
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
f 反映了电流放大系数β的幅值
|β|随频率上升而下降的快慢， 但并不是晶体管电流放大的频率极限。 晶体管电流放大的频率极限是后面将要 讲到的特征频率。
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
特征频率 fT
频率越高，位移电流越大，使βd随着频率增
高而下降。
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
集电结势垒电容分流电流iCTc
到达集电区的交变电子电流，在通 过集电区时 ，还需要用一部分电子电流 对集电结势垒电容充放电，形成势垒电 容的分流电流iCTc ，真正到达集电极的 电子电流只有incc
inc(xm)=incc+iCTc
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
f α截止频率 （共基极截止频率）
f 表示共基极短路电流放大系数的幅
值|α|下降到低频值α0的1/ 2时的频率。
即 f = f 时，|α|=α0/ 。2
半导体器件物理
第四章 晶体管的频率特性和功率特性
β截止频率 f
f 表示共发射极短路电流放大系数的
幅值|β|下降到低频值β0的1/ 时2 的频率。