晶体管的频率特性与功率特性

m 超相移因子（剩余相因子）
ωb 基区渡越截止频率
集电结空间电荷区输运系数
d
1
1
j
d
τd 集电结空间电荷区延迟时间
集电区衰减因子
c
1
1
j
c
集电极延迟时间
τc=rcsCTc
rcs 集电区串联电阻 CTc 势垒电容
共基极短路交流电流放大系数α和截止频率 f
将以上各个系数的表达式代入α表达式
jm
inc(xm)=incc+iCTc
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
集电区倍增因子α*
* ic
i nc c
反向电流ipc一般很小，但当集电区电阻 较大时，输运至集电区的电子电流在体电阻 上产生漂移电场，而漂移电场会使反向空穴 电流增大，从而减小了有效电子电流incc。
幅值|β|下降到低频值β0的1/ 时2 的频率。
即 f = f 时，|β|=β0/
2
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。
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。
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)
频率越高，位移电流越大，使βd随着频率增
高而下降。
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
它是晶体管在共射运用中具有电流放大 作用的频率极限。
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。
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。
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
4.1 晶体管的频率特性
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，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱα|=α0/ 。2
β截止频率 f
f 表示共发射极短路电流放大系数的
ic
i e vBC00
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
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）
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。
所以，交流发射效率γ随频率的升高而 下降。
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)。
频率的升高而下降，相位差随着频率的升
高而增大。
0
1 j f f
α0 共基极短路电流放大系数的低频值
f α截止频率
定量分析（略）
交流发射效率 0 1 j e
e CTere
τe 发射极延迟时间
re 发射结动态电阻 CTe 发射结势垒电容
交流基区输运系数
*
e* jm /b 0
1 j /b
i ne i CDe i VR i nc (0)
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。
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
0e b
1
j
e
b
1 m
d
c
jm
0e b 1 j /
b 对发射结处，基区侧扩散电容CDe的充电
延迟时间，即 b reCDe
由α表达式可以看出，交流电流放大系数α 是复数，其幅值随频率升高而下降，相位滞后 则随频率升高而增大。
从而从定量分析的角度证实了定性分析的 正确性。
α截止频率
由放大系数表达式，令其等于低频值α0 的1/ 2 的时候，可以求出α截止频率。
（使集电区倍增因子变小）
共基极交流短路电流放大系数α
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）。
交流放大系数α是复数，其幅值随着
当 f f m 时，晶体管停止振荡。
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
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。）
● —— 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
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。
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。