第四章晶体管频率特性与功率特性

第四章晶体管频率特性与功率特性
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
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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/ 时2 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。
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从图可以看出，上述几个频率参数间有如下关系
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。
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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PCmT 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
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。
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。
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第四章 晶体管的频率ຫໍສະໝຸດ Baidu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
频率越高，位移电流越大，使βd随着频率增
高而下降。
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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
即 f = f 时，|α|=α0/ 。2
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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。
即
=
f
f
时，|β|=β0/
2
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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 fm 时，晶体管停止振荡。
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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
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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。）
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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
inc (xm ) inc (0)
inc(xm)=incc+iCTc
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所以高频时发射极电流为
ie ineipeiCTe
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）
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交流发射效率
ine 1ipeiCT e
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。
ine iCD ie V Rin(c 0 )
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交流基区输运系数
* inc(0)1iVRiCDe
ine
ine
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。
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● —— 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
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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。
ic
i e v BC0 0
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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）
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。
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特征频率 fT
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。
所以，交流发射效率γ随频率的升高而
下降。
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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)。