北航-微电子器件频率特性测量实验报告

实验报告

三、实验基本原理及步骤：

1.三极管放大特性测量

实验原理：三极管的输出特性曲线表示当基极电流B I 一定时，三极管输出电压CE U 与输出电流C I 之间的关系曲线，如下图所示。图中的每条曲线表示，当固定一个B I 值时，调节B R 所测得的不同CE U 下C I 的值。根据输出特性曲线，三极管的工作状态分为三个区域。

（1）截止区：它包括B I =0及B I <0（即B I 与原方向相反）的一组工作曲线。当B I =0，C I =

CEO I （称为穿透电流），在常温下此值很小。在此区域中，三极管的两个PN 结均为反向偏

置，即使CE U 电压较高，管子中的电流C I 却很小，此时的管子相当于一个开关的开路状态。

（2）饱和区：该区域中的电压CE U 的数值很小，BE U >CE U 集电极电流C I 随CE U 的增加而很快的增大。此时三极管的两个PN 结均处于正向偏置，集电结失去了收集某区电子的能力，

C I 不再受B I 控制。CE U 对C I 控制作用很大，管子相当于一个开关的接通状态。

（3）放大区：此区域中三极管的发射结正向偏置，而集电极反向偏置。当CE U 超过某一电压后曲线基本上是平直的，这是因为当集电结电压增大后，原来流入基极的电流绝大部分被集电极拉走，所以CE U 再继续增大时，电流C I 变化很小，另外，当B I 变化时，C I 即按比例的变化，也就是说，C I 受B I 的控制，并且C I 变化比B I 的变化大很多，△C I 和△B I 成正比，两者之间具有线性关系，因此此区域又称为线性区。在放大电路中，必须使用三极管工作在放大区。

三极管是一种控制电流的半导体器件，其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号，也用作无触点开关，可将“交流小信号”放大。 实验步骤：

（1）确保三极管工作在放大区，测量三极管的输出特性曲线

① 调节B E 使B I =60uA ；

② 调节C E 使C E =0.1-1V 以及1-20V ； ③ 测量CE V 和C I 并画图。 （2）测量三极管的放大特性

① 使B I =60uA ，C E =15V ；

② 任意波形发生器输出1KHz 下0.1V 、0.2V 、0.3V 、0.4V 、0.5V 和1V 的信号in V ； ③ 用万用表测量交流电流c i 和b i ，计算电流放大系数β=c i /b i 随in V 的变化情况并画图； ④ 用示波器分别测量in V 、out V 和1V ，计算电压增益V A =out V /in V 和电流增益i A =out i /in i 。 2.三极管频率特性测量

实验原理图

实验原理：

（1）通频带

通频带用于衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。由于放大电路中电容、电感及半导体器件结电容等电抗元件的存在，在输入信号频率较低或较高时，放大倍数的数值会下降并产生相移。通常情况下，放大电路只适用于放大某一个特定频率范围内的信号。

（2）截止频率

f都是根据同样的原理来不管是双极结型晶体管还是场效应晶体管，它们的截止频率

β

确定的。与二极管一样，由于存在电容效应（对于双极结型晶体管，除了势垒电容以外，还有少数载流子渡越基区的影响——扩散电容效应），所以随着信号频率的增高，它们的输入阻抗下降，使得输出信号电流越来越小，当输出信号电流降低到等于输入信号电流

f。

（即电流增益=1）时，对应的信号频率即为器件的截止频率

β

f主要决定于四个时间常数，即发射结电容的充放电时间、基区渡双极结型晶体管的

β

f，就需要降越时间、集电结势垒区的渡越时间以及集电结电容的充放电时间。为了提高

β

f的主要因素是少数载流子的基区渡越低这四个时间常数。一般的双极结型晶体管，决定

β

五、实验结果分析：

1.三极管放大特性测量

（1）确保三极管工作在放大区，调节B E 使得 I B =60μA ，调节电压源使其输出0.1-1V 和1-10V 的电压，记录测得的电压值V CE 和电流值I C 的数据，并绘制三极管放大特性曲线如上图所示。由图可知，开始时I C 随着V CE 的增加而增加的比较剧烈，此时三极管工作在饱和区。进一步增加V CE 的值，I C 基本保持恒定（由于二阶效应曲线会有所上升），此时三极管便工作在放大区，实验结果符合预期。

（2）测量三极管的放大特性，确保三极管工作在放大区（I B =60μA ，E C =15V ）后，使用任意波形发生器输出1kHz 下0.1V ，0.2V ，0.3V ，0.4V ，0.5V ，1V 的信号V in 。利用万用表测量交流电流i c 和i b ，计算电流放大系数β=i c /i b 随V in 变化情况并画图，如下图所示。由图可知，在1kHz 下输出0.1V-0.5V 的信号V in 时，输出波形不会失真，且具有电流放大的作用，

β≈103，而进一步增大V in 直到1V 时，波形会失真，使得β减小到94，这与三极管的小信号放大特性相符，实验结果符合预期。

（3）用示波器分别测量在1kHz 下信号为0.2V 时的mv V in 5.71=、

mv 1250out =V 、m v 5.461=V ，计算电压增益v A =out V /in V =17.48252和电流增益i A =out i /in i =50。

2.三极管频率特性测量

V （1）确保三极管工作在放大区（I B=60μA，E C=15V）后，输出峰峰值为0.3V的信号

in V的频率为1kHz、10kHz、100kHz、250kHz、1MHz、2MHz、3MHz等，测量电压增并改变

in

，并绘制A v随频率f的变化曲线。如上图所示，当频率在1kHz-100kHz时，电压益A v=V out

V in

增益基本不变，进一步增加输入信号的频率到MHz时，电压增益开始明显下降，这与三极管的频率特性存在一定的通频带相符，实验结果符合预期。

（2）当A v下降到0.707倍时的频率为截止频率fβ，经过测量可得fβ=550kHz。

六、总结与思考：