微電子器件7電流放大系數(shù)與頻率

1、§3-7電流放大系數(shù)與頻率的關(guān)系a = 20 lga (dB)3dB6分貝/ 倍頻3dB0ffTff電流放大系數(shù)（）dB交流 a0 2b =1b02直流思考題1.直流電流在晶體管內(nèi)部的傳輸過(guò)程，如果忽略空間電荷區(qū)的復(fù)合產(chǎn)生電流，說(shuō)明在傳輸過(guò)程中有哪兩次電流 損失？2. PN結(jié)的電容來(lái)源有哪些？3.7.1、高頻小信號(hào)電流在晶體管中的變化直流電流在BJT中的傳輸過(guò)程（NPN)發(fā)射極電流由發(fā)射結(jié)注入到基區(qū)，通過(guò)基區(qū)輸運(yùn)到集電結(jié)，被集電結(jié)收集形成集電極輸出電流發(fā)射極電流傳輸過(guò)程的電流損失（對(duì)理想情況）：1.與 發(fā)射結(jié)反向注入電流的復(fù)合( 在發(fā)射區(qū)）；2.基區(qū)輸運(yùn)過(guò)程中在基區(qū)體內(nèi)的復(fù)合（在基區(qū)

2、）。PN結(jié)電容的組成ECNPNB發(fā)射結(jié)電容：CTe發(fā)射結(jié)擴(kuò)散電容：CDe 集電結(jié)電容：CTc三極管P區(qū)NA-pp0NA-ND+N 區(qū)ND+nn0二極管BJT交流小信號(hào)電流傳輸過(guò)程(NPN)直流情況下的兩種損耗仍然存在，其它交流損耗分析如下：發(fā)射過(guò)程當(dāng)發(fā)射極輸入一交變信號(hào)時(shí)，交變信號(hào)作用在發(fā)射結(jié)上，發(fā)射結(jié)的空間電荷區(qū)寬度將隨著信號(hào)電壓的變化而改變，因此需要一部分電子電流對(duì)CTe進(jìn)行充放電。交流發(fā)射結(jié)注入效率為：基區(qū)輸運(yùn)過(guò)程注入基區(qū)的電子，一部分消耗于基區(qū)復(fù)合形成復(fù)合電流inr，另一部分電子用于改變基區(qū)電荷積累，對(duì)擴(kuò)散電容CDe充放電。交流基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)渡越過(guò)程到達(dá)集電結(jié)邊界的電子電流i

3、nc，在通過(guò)集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)時(shí)，需要一定的傳輸時(shí)間。當(dāng)交流信號(hào)的頻率與集電結(jié) 勢(shì)壘區(qū)渡越時(shí)間相比擬時(shí)，交流信號(hào)穿過(guò)該勢(shì)壘區(qū)就會(huì) 幅度降低、相位滯后。集電結(jié)空間電荷區(qū)輸運(yùn)系數(shù)為集電區(qū)傳輸過(guò)程到達(dá)集電區(qū)的交變電子電流，在通過(guò)集電區(qū)時(shí)，將在體電阻rcs上產(chǎn)生一交變的電壓降。這一交變信號(hào)電壓疊加在集電極直流偏置上，使集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)寬度隨著交變信號(hào)電壓的變化而變化。因此，還需要一部電子電流對(duì)集電結(jié)勢(shì)壘電容CTc充放電，形成勢(shì)壘電容的分流電流iCTc。集電極衰減因子為a= icci'nc總結(jié)：交流小信號(hào)電流傳輸過(guò)程中，增加的四個(gè)電流損失途徑1.發(fā)射結(jié)發(fā)射過(guò)程中的勢(shì)壘電容充放電電流(發(fā)射結(jié)勢(shì)壘電容充放電效

4、應(yīng)）2.基區(qū)輸運(yùn)過(guò)程中擴(kuò)散電容的充放電電流（基區(qū)電荷或發(fā)射結(jié)擴(kuò)散電容充放電效應(yīng)）效應(yīng)3.集電區(qū)輸運(yùn)過(guò)程中對(duì)集電結(jié)勢(shì)壘電容的充放電電流（集電結(jié)勢(shì)壘電容充放電效應(yīng)）4.集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)渡越過(guò)程中的衰減（集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)渡越過(guò)程）' ic iiiia= g× b * × b×a=××× nencncc wwwvbe =0dci 'iiiieenencncPNP管，高頻小信號(hào)電流從流入發(fā)射極的 ie 到流出集電極的 ic ，會(huì)發(fā)生如下變化：ie ¾¾CT¾e®ipe¾¾C&#

5、190;De ®i¾¾x¾dc ®i¾¾C¾Tc ®ipcpccc= ipe× i pc× ipcc× ipcc= icicica= g× b *××wwwvbe =0iiiiiiieepepcpccpcpccPNPicieicCTeCDeCTcieipeipcipcc一些說(shuō)明：本節(jié)討論的都是小信號(hào)：信號(hào)電壓的振幅遠(yuǎn)小于 ( kT/)晶體管對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行放大時(shí)，首先 被直流電壓或直流電流“偏置”（工作點(diǎn)）使晶體管工作在放大區(qū)，然后把欲放大的高 頻

6、信號(hào)疊加在輸入端的直流偏置上。由于高頻小信號(hào)的振幅都遠(yuǎn)小于相應(yīng)的直流偏置，各高頻小信號(hào)電量之間近似地成 線性關(guān)系。g、b 、a和 b*以分別代表高頻小信號(hào)的發(fā)射結(jié)注入wwww效率、基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)、共基極和共發(fā)射極電流放大系數(shù) ，它們都是復(fù)數(shù)。對(duì)極低的頻率或直流小信號(hào)，即當(dāng) 0 時(shí)，它們分別成為 g、b * 、a和 b 。0000電流、電壓和電荷量的符號(hào)（以基極電流為例）iB = IB + ibIB總瞬時(shí)值：其中的直流分量：dibe jw t ,= jw Ie jw t= jwi= I其中的高頻小信號(hào)分量： ibbbbdtIb高頻小信號(hào)的振幅：由于各小信號(hào)電量的振幅都遠(yuǎn)小于相應(yīng)的直流偏置，而且是疊

7、加在直流偏置上的，所以可將小信號(hào)作為總瞬時(shí)值的微分來(lái)處理 。仍以基極電流為例，即ib= diBib= dI B或3.7.2、基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)與頻率的關(guān)系1、高頻小信號(hào)基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)的定義把基區(qū)中到達(dá)集電結(jié)的高頻小信號(hào)少子電流ipc與從發(fā)射結(jié)剛注入基區(qū)的高頻小信號(hào)少子電流ipe之比，稱為高頻小信號(hào)基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)，記為 ，即*= ipcb*wipe輸運(yùn)系數(shù)* 可從求解連續(xù)性方程入手，具體可參見劉永、張福海著晶體管原理（國(guó)防工業(yè)，2002年）。本處采用電荷法。PNPicieipeipcipcc2、基區(qū)渡越時(shí)間b 的作用(1) 復(fù)合損失使 0* < 1 0* 的物理意義：基區(qū)中時(shí)間內(nèi)的復(fù)合率為( 1/B

8、 ) ，少子在渡越時(shí)間b 內(nèi)的復(fù)合率為(b /B ) ，因此到1 - (t bt B )，這就達(dá)集電結(jié)的未復(fù)合少子占進(jìn)入基區(qū)少子總數(shù)是 0* 。這種損失對(duì)直流與高頻信號(hào)都是相同的。(2) 時(shí)間延遲使相位滯后對(duì)角頻率為 的高頻信號(hào)，集電結(jié)處的信號(hào)比發(fā)射結(jié)處在相位上滯后 wt b，因此在 0* 的表達(dá)式中應(yīng)含有因子e- jwt b。b*w(3) 渡越時(shí)間的分散使減小法求 b *3、由電荷w方程為：空穴的電荷= dqb + qbi- itpepcdtqbB當(dāng)暫不考慮復(fù)合損失時(shí)，可先略去復(fù)合項(xiàng)。tBQ= B已知在直流時(shí)有： Itpcb假定上述關(guān)系也適用于高頻小信號(hào)，即：= t bi pc=i pcbq

9、bb后的空穴電荷代入略去 t方程中，得：diB= t= jwtpc- iiipepcbbpcdt，i pc1= (1 + jwt)i=ipebpc1 + jwtipebipeipc基區(qū)再將復(fù)合損失考慮進(jìn)去，得：上式可改寫為：b *-1e- j ( tgwt b )b *=0w1 + wt22b一般情況下， w << 1 ,wttg -1wt» wt<< 1,得：tbbbb= 1 - t bjwt代表復(fù)合損失， e -上式中， b *b代表相位的滯t0 1Bb*w代表b 的分散使后，的減小。1 + w2t 2b4、b *在復(fù)平面上的表示w®OA= b*

10、0®OB= b(1 - jwt)*0bOPA與OAB 相似，因此：| OA |2| OP | = | OA | OP |=,| OA | OB | OB |®| OA |2®®OP =| OP | × OB 1b * (1 - jwt=OB =)1 + w 2t0b| OB |22bOBb *= b *= 01+ jwtwb可見，半圓上 P 點(diǎn)的軌跡就是 b *。w5、延遲時(shí)間與超相移因子； b *的精確式子w= qbb *由于采用了 i的假設(shè)而使的表達(dá)式不夠精確，wtpcb因?yàn)檫@個(gè)假設(shè)是從直流情況下直接推廣而來(lái)的。但是在交流情況下，從發(fā)射結(jié)注

11、入基區(qū)的少子電荷 qb ，要延遲一段時(shí)間后才會(huì)在集電結(jié)產(chǎn)生集電極電流 ipc 。mtb,式中 m 稱為計(jì)算表明，這段延遲時(shí)間可表為1 + m超相移因子，或 剩余相因子，可表為：m = 0.22 + 0.098h對(duì)于均勻基區(qū)， = 0， m = 0.22 。這樣，雖然少子在基區(qū)內(nèi)持續(xù)的平均時(shí)間是b ，但是只有其中的：t bmt ¢ = tt-=bbb1+ m1+ m時(shí)間才對(duì) ipc 有貢獻(xiàn)，因此 ipc 的表達(dá)式應(yīng)當(dāng)改為:= t ¢ipcbtbb1+ m于是精確的b * 表達(dá)式應(yīng)改寫為：wb *b * m - jwt b- jw mt ¢b *=0¢ e1

12、+ m0ebtw1 + jwt b1 + jwb1 + mt b延遲時(shí)間t b¢ 1 2定義：當(dāng) | b * |下降到b*0時(shí)的角頻率與頻率分別稱為wwb * 與 f輸運(yùn)系數(shù)的 截止角頻率 與 截止頻率 ，記為。wb*b1= 1 + mw=b *t ¢tbbw b *2p1 + mf b *=2ptb于是b * 又可表為：ww << wb *當(dāng)時(shí)，上式可表為：- jm w- j wb*b*b 0e - jwt*w=wb * ewb *= 0ebwwb *wwb *1 + (1 + () 2) 2上式中：× 2 æ-h- 1 + eö

13、 »× 2 æ- 1 öW 2W 2t=ç1÷ç1÷ B B2DBh èhh2DBh èh øbø對(duì)于均勻基區(qū)：2Wt= Bb2DB6、b *的精確式子在復(fù)平面上的表示wb *b *0精確式中的因子的軌跡仍是半圓 P，但另一個(gè)ww1 + j w- jm w b * wwb *因子e使點(diǎn)P 還須再轉(zhuǎn)一個(gè)相角 mw后到達(dá)點(diǎn)P ，得到b *®的 OP¢ 的軌跡，才是b *的軌跡。w3.7.3 高頻小信號(hào)電流放大系數(shù)= ipe × ipc ×

14、ipcci= iceicica= g× b*pcc×××wvcb =0wwiiiiiiiepepcpccpcpcc1、發(fā)射結(jié)勢(shì)壘電容充放電時(shí)間常數(shù)ebieeb= 1 = kT發(fā)射結(jié)等效電路是發(fā)射結(jié)增量電阻re和發(fā)射結(jié)gDqIE勢(shì)壘電容CTE的并聯(lián)。其中ineipe是同時(shí)經(jīng)過(guò)re的電流，iect是對(duì)CTe充放電形成的分流電流，根據(jù)并聯(lián)關(guān)系有i pe+ inereiectCTEieiectre1/ jwCTE=e+ ipeineb由注入效率的定義ipe+ ipeipeipeineg=wi+ i+ iiecti1+enepeect+ ipeineg 01+ j

15、wreCTEg 01+ jwt eb=上式中，eb = CTE re，稱為發(fā)射結(jié)勢(shì)壘充放電時(shí)間常數(shù)。i pe+ inereiectCTE2、發(fā)射結(jié)擴(kuò)散電容充放電常數(shù)¾¾CD¾e ®iipepc的角度來(lái)推導(dǎo) b * （近似式）。本小節(jié)從 CDewdQ BdQ E=+CDedVdVqbEBEBdQ B»=dV EBveb= qb即 q= iti, 代入C假設(shè)，得：tpcDebpcbb= i pct bCDeveb當(dāng)不考慮勢(shì)壘電容與寄生的 rs 與gl時(shí)，PN 結(jié)的交流小信號(hào)= 1 = kT等效電路是電阻re與電容 C的并聯(lián)。gDqIEDeveb=流

16、過(guò)電阻 r的電流為：ierreedv ebjw C= C=流過(guò)電容C的電流為：ivDeecdDeDeebdt= veb(1 + jw C(1 + jw C= i+ ir ) = i則 ipe 可表為：ir )peerecdDeeerDeereieebipereieripciecdCDeieeb= ipc ，而iecd當(dāng)暫不考慮基區(qū)復(fù)合損失時(shí)，ier則在e、b 之ipc間而對(duì)無(wú)貢獻(xiàn)，因而：i pcier11 + jw CDe re=i pei pe= ipct bqb= iert= tr =Crr上式中，Deeeebbvviebeberb*b*w= 0再計(jì)入復(fù)合損失后得：1 + jwtbb*w這

17、與不含超相移因子的的近似式完全一致。ipereieripciecdCDe3、集電結(jié)耗盡區(qū)延遲時(shí)間d當(dāng)基區(qū)少子進(jìn)入集電結(jié)耗盡區(qū)后，在其中強(qiáng)電場(chǎng)的作用下 以飽和速度 vmax 作漂移運(yùn)動(dòng)，通過(guò)寬度為 xdc的耗盡區(qū)所需的時(shí)間為：x dct=tvmax當(dāng)少子進(jìn)入耗盡區(qū)后，會(huì)改變其中的空間電荷分布，從而改變電場(chǎng)分布和電位分布，這又會(huì)反過(guò)來(lái)影響電流。運(yùn)動(dòng)的空間電荷，在其所在處產(chǎn)生傳導(dǎo)電流（徒動(dòng)電流），在其所在處前后產(chǎn)生位移電流，在耗盡區(qū)外感應(yīng)出傳導(dǎo) 電流。不同區(qū)域的不同形式的電流保證了電流的連續(xù)性。為了求得電流與運(yùn)動(dòng)電荷的關(guān)系，假設(shè)在耗盡區(qū)內(nèi)的x處，有厚度為dx電荷面密度為Q1 = dx的極薄的一層電荷

18、以速度vmax沿x軸方向運(yùn)動(dòng)。這個(gè)電荷在其前方產(chǎn)生附加電 場(chǎng)Ef ，在其后方產(chǎn)生附加電場(chǎng)Eb在交流短路狀態(tài)下，因?yàn)樵诤谋M層兩邊由外電路維持恒定的電位差，因此運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的附加電場(chǎng)加電勢(shì)差，即引起附 Ef (xdc - x ) - Eb x = 0 薄層電荷Q1，選一封閉曲面，根據(jù)高斯定理，有E+ E= rdx = Q1fbeess由前兩式有電荷Q1在勢(shì)壘區(qū)內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，使附加場(chǎng)Ef、Eb隨時(shí)間變化而產(chǎn)生位移電流，位移電流密度為附加電場(chǎng)產(chǎn)生的電力線終止于耗盡區(qū)邊緣的中性集電區(qū)上，使xdc處上感應(yīng)出相應(yīng)的負(fù)電荷。即附加電場(chǎng)使xdc處 上有相應(yīng)的空穴離開流向電極，形成傳導(dǎo)電流。因此，當(dāng)運(yùn)動(dòng)電荷還未到達(dá)x

19、dc處時(shí)， xdc處已經(jīng)感生而產(chǎn)生了傳導(dǎo)電流根據(jù)電流連續(xù)性原理，當(dāng)傳輸載流子以極限速度vmax通過(guò)勢(shì) 壘區(qū)，但還未到達(dá)集電極時(shí)，集電極上的傳導(dǎo)電流ipcc（xdc)應(yīng)等于xdc處邊界內(nèi)的位移電流若由基區(qū)輸運(yùn)至集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)邊界x=0處的交變載流子濃度為r (0, t) = ipc (t)Acn maxi(x) = A Q1 v= Qpccdccxmaxtdctt時(shí)刻勢(shì)壘區(qū)內(nèi)xvmaxt處的載流子濃度（x,t）為xi(t -)- jw xpcni(t)xr (x, t) = r (0,t -n maxpc) = maxAcn maxeAcn maxvmax并乘以q，即得勢(shì)壘區(qū)內(nèi)運(yùn)動(dòng)將上式在整個(gè)勢(shì)壘

20、區(qū)內(nèi)進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)電荷總量將此式代入前面公式，得在t時(shí)刻，集電極電流上由感生而產(chǎn)生的傳導(dǎo)電流- jw x vQ = A qòxmc r (0,t)evmax dx = A qr (0,t) max (1 - e- jwtt )c0cjw因此，集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)輸運(yùn)系數(shù)將指數(shù)展開，取一級(jí)近似，得= t txdc上式中， t=,稱為集電結(jié)耗盡區(qū)延遲時(shí)間。？d22vmaxb=1=1d1+ jwt / 21+ jwttdb= ipc (xdc , t) = 1- e- jwt tdi(0, t)jwtpct1 - e- jwt t1 - e- jwt tipcc (xdc ,t) = Ac qr (0

21、,t)vmax= ipc (0,t)jwt tjwt t：流出集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)的電流并不是渡越勢(shì)壘區(qū)的載流子到達(dá)集電區(qū)邊界才產(chǎn)生的，當(dāng)載流子在穿越勢(shì)壘區(qū)的過(guò)程中，由于位移電流的存在，已在勢(shì)壘 區(qū)輸出端感應(yīng)出與之等值的傳導(dǎo)電流，而集電結(jié)電 流是勢(shì)壘區(qū)內(nèi)運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的傳導(dǎo)電流和位移電流的平均表現(xiàn)。4、集電結(jié)勢(shì)壘電容經(jīng)集電區(qū)充放電的時(shí)間常數(shù)c當(dāng)電流 ic 流經(jīng)集電區(qū)體電阻 rcs 時(shí)，產(chǎn)生壓降 icrcs。雖然vcb = 0 ，但本征集電結(jié)上（c 與 b 之間）卻有壓降：= vc¢c + vcb= ic rcsvc¢b圖中c 為緊靠勢(shì)壘區(qū)的本征集電極，或稱為內(nèi)集電極。v cb將會(huì)對(duì)

22、CTc 進(jìn)行充放電，充放電電流為：dv c¢bdic= - jw C= -C= -CirriccTcTccsTccscdtdtNPCciccTcrcsbvcb= 0總的集電極電流為：- jw CTc rcs icic= iic (1 += ipccjw CTc rcs ) = ipcc上式中， c = CTc rcs電時(shí)間常數(shù)。，為集電結(jié)勢(shì)壘電容經(jīng)集電區(qū)的充放ic=1=1i pcc1 + jw CTc rcs1 + jwt c集電結(jié)交流短路時(shí)的等效電路（pnp)電流源是由發(fā)射極發(fā)射、經(jīng)過(guò)基區(qū)和集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)輸運(yùn)而到達(dá)集電區(qū)的空穴電流，即ipcc(xdc)。 ipcc(xdc)一部分（即

23、ipcc）通過(guò)電阻rcs流到外電路形成集電極電流ic，一部對(duì)CTc充電，形成iCTc，因而引起電流增益的下降。一般而言，rB<<rCS，因而rB上的交流電壓降遠(yuǎn)小于rCS上的交流壓降。當(dāng)忽略rB時(shí)，在rCS和CTc兩端的交流電壓相 等，因此eb = CTEre發(fā)射結(jié)勢(shì)壘電容充放電時(shí)間常數(shù)× 2 æ- 1 öW 2發(fā)射結(jié)擴(kuò)散電容充放電常數(shù)t=ç1÷ BCDe reb2DBh èh ø= t txdct=集電結(jié)耗盡區(qū)延遲時(shí)間常數(shù)d22vmaxt c= CTc rcs集電結(jié)勢(shì)壘電容經(jīng)集電區(qū)充放電的時(shí)間常數(shù)5、共基極短路

24、電流放大系數(shù)及其截止頻率× 2 æ1 ö2 R口E口B 1 W B上式中：a= gb*= 1 - h ÷，h ç 10002 L2RèøBt bt b1.22 + 0.098hkTtt ¢ = C= C=r，,ebTe eTeb1 + mqIE= t× 2 æ- 1 ö2Wxttt=ç1÷,=CDe re B t dc, 2vmaxCTc rcsb2DBh èh ødc2w (t eb + t b¢ + t d + t c ) <

25、< 1當(dāng)時(shí)，e - jw m t b¢aa w»01 + jw (t eb + t b¢ + t+ t c )de - jw ( m t b¢ +t eb +t b¢ +t d +t c )a» 01 + w 2 (t)12+ t ¢ + t+ t2ebbdce - jw (t eb +t b +t d +t c )a= 01 + w 2 (t)12+ t ¢ + t+ t2ebbdct ec= t eb+ t b + t d + t c，稱為 信號(hào)延遲時(shí)間，表示信號(hào)令從發(fā)射極到集電極總的延遲時(shí)間，則 可寫為

26、：由上式可見，在直流或極低頻下，w » 0，aw= a0，相角=0。隨著頻率的提高，aw的幅度| aw 下|降，相角 wt ec滯后。 1 a0時(shí)的角頻率和頻率分別稱為 aw定義：當(dāng) | aw | 下降到2wa 和fa的截止角頻率 和 截止頻率，記為：1+ t ¢t1wa = t= t+ tt ¢+- mebbdcecb= wa=1fa2p2p (t- mt ¢ )ecb討論兩種情況：(1) 對(duì)截止頻率不是特別高的一般高頻管，例如fa << 500 MHztb¢ >> (teb +td +tc )³ 1mm ,

27、的晶體管，基區(qū)寬度 W B此時(shí)teb +tb¢ +td+tc »tb¢ ,awb *的頻率特性主要由 WB 和決定，即：wwwa- jmae - jw m t b 'a ea w=00wwa1 + jwt b¢1 +j1w= w=at ¢b *b這時(shí)aw 與b * 的區(qū)別僅在于用 a= gb *b *代替。w0000< 1mm, b只占ec（2） 對(duì) fa > 500 MHz 的現(xiàn)代微波管，WB中很小一部分， mt b¢就更小了，因此，可忽略 mt b¢ ，得：a01+ jwta0a=ww1+ j wec

28、a11w=att+t+t+tecebbdc6、共發(fā)射極短路電流放大系數(shù)及其截止頻率a w= icb=已知：w1 - a= 0vcbiwbwt¢a e- jmbaw=0將代入，得：1+ jw(tec - mtb¢ )e- jwmt b¢a1bw =×0j w (t ec - mt b¢ )e- jwmt b¢1 - a1 +01 - ae- jwmt b¢0mt ¢若忽略，得：ba 0b 0×1»b=w1 - awt1 + jwb t1 +0 ec1 - a 00ecj 1 b0定義：當(dāng) | bw

29、 | 下降到時(shí)的角頻率和頻率分別稱為2bw 的截止角頻率 和 截止頻率，記為 wb和 fb：1w=bb t0ec1f b= 2pb0t ec這時(shí) 又可表為：wb 與wa的關(guān)系：mt b¢在忽略的情況下，1¢ » 1 ,wa= t- mt bt ecec所以有：= waw<< wbabfa0f=<< fbab0課堂作業(yè)分析f<<f的定義出發(fā)討論）（提示：從、的a = 20 lg a (dB )3dB6分貝/ 倍頻3dB0fTfff電流放大系數(shù)（）dB a0 2b = 1b02f<<f的這說(shuō)明共射短路電流放大系數(shù)比共基短

30、路電流放大系數(shù)下（以PNP為例)：降隨頻率下降得更快。Ii ca=CIIi Ei CEb=CIi BB在注入空穴電流對(duì)勢(shì)壘電容充放電，填充負(fù)空間電荷區(qū)時(shí)，需要從基極進(jìn)入等量的電子電流填充正空間電荷區(qū)，結(jié)電容的分流作用，實(shí)際變成了交流基極電流，因此，在集電極電流ic隨頻率 升高而下降的同時(shí)，基極電流ib卻隨著頻率升高而增大， 則隨著ic的下降和ib的增大而下降，致使比下降更快。3.8.4、晶體管特征頻率1、bw隨頻率的變化；特征頻率 fT已知：bb=0wf1 +jfb當(dāng) f << fb時(shí)，bw» b0 ，為實(shí)數(shù)，相角為零；b0b0當(dāng) f = f時(shí)，b， b=，相角= -45

31、O；bww1+ jb02= - j b0= b0fbfb當(dāng) f >> f時(shí)，b，為純虛數(shù)，b»,bwwfffjfb相角 = - 900 。所以在此頻率范圍內(nèi)， ic 比 ib 滯后 900，且 | |與 f 成反比，即 按頻率每加倍，| | 減小一半。由于功率正比于電流平方，所以 頻率每加倍，功率增益降為 1/4 。| bw |定義：當(dāng)降為 1 時(shí)的頻率稱為 特征頻率 ，記為 fT。由 | b|= b 0f b= 1可解出:wfT1f=,因所以f可表為：b2pb tT0ec對(duì)于 fa << 500 MHz 的晶體管，ec中以b 為主，這時(shí):= 1f2ptTb&

32、gt; 500 MHz，忽略 mt b¢fT=fa對(duì) fa時(shí)，有：b 0b=由wf1 +j fb20 lg | bw |f可得的關(guān)系曲線3dB6分貝/ 倍頻3dB0ffTff電流放大系數(shù)（）dB2、 fT的測(cè)量實(shí)際測(cè)量 fT 時(shí)，不一定真的測(cè)到使 | bw |下降為1 時(shí)的頻的條件下測(cè)量 | bw | （可以大于1），<|=f < fTb 0 f bf b率，而是在f T| b=然后根據(jù)，即可得到：wff由于上式，fT又稱為晶體管的 增益帶寬乘積。高頻管的工作頻率一般介于 f 與 fT之間。fT = | bw | f ,( fb < f < fT )1f=3、

33、特征頻率隨電流的變化關(guān)系T2p (t+t+t+t)ebbdc當(dāng)Ic很小時(shí)，fT下降：隨著Ic的減小，且IEIC ,teb= reCTE = (kT/qIE )CTE 增大，使fT 下降當(dāng)Ic較大時(shí)，fT也下降：基區(qū)縱向擴(kuò)展，tb隨IC的增加而增加，使fT隨IC的增 加而下降fT隨VBC的減小而下降： VBC減小，集電結(jié)耗盡區(qū)減薄，CTC增加，從而tc增加3.8.5、 影響高頻電流放大系數(shù)與特征頻率的其他因素x 2t=je發(fā)射區(qū)延遲時(shí)間e2bD0E1 - e-hhWDt b =對(duì)tb 的修正 B ×vmaxCTC 中還應(yīng)包括延伸電極的寄生電容，等等。1、發(fā)射區(qū)延遲時(shí)間e（對(duì)微波晶體管須

34、補(bǔ)充該參數(shù)）（NPN)來(lái)源：正偏發(fā)射結(jié)在向基區(qū)注入電子的同時(shí)，也不斷向發(fā)射區(qū)注入少子空穴，因而在發(fā)射區(qū)內(nèi)也存在電荷 積累，特別是當(dāng)發(fā)射區(qū)重?fù)诫s時(shí)，重?fù)诫s禁帶寬度變窄效應(yīng)所產(chǎn)生的附加電場(chǎng)，將使空穴流向發(fā)射極，使發(fā)射結(jié)反注入空穴電流Ipe增大。同時(shí)，這部分電流也隨發(fā)射極信號(hào)電壓的變化而改變，從而在發(fā)射 區(qū)內(nèi)產(chǎn)生擴(kuò)散電容效應(yīng)。由于微波晶體管的發(fā)射結(jié)都很淺，因而發(fā)射區(qū)厚度遠(yuǎn)小于擴(kuò)散長(zhǎng)度，即xje<<Lpe。當(dāng)發(fā)射極電極接觸處能形 成良好的歐姆接觸時(shí)，則接觸處的非平衡少子為零。因此，可將注入發(fā)射區(qū)的空穴用線性分布近似，這樣發(fā)射區(qū)的積累電荷為Ix2xp (0) =peje jee2DpeI= (1- g )I» IE(W << Lb * » 1)pe0Ebbnb,0式中由此得到發(fā)射區(qū)擴(kuò)散電容的充電延遲時(shí)間可見：1 微波晶體管采用淺結(jié)工藝2 發(fā)射區(qū)摻雜不宜過(guò)濃，以防止重?fù)诫s效應(yīng)（0下降），并使Dpe不致過(guò)小3在微波晶體管中，應(yīng)當(dāng)將te包含在tec中，于是有tec= te +teb +t b +td +tc +t bc2、基區(qū)渡越時(shí)間修正（NPN)集電結(jié)耗盡區(qū)中的電場(chǎng)，使到達(dá)那里的少子以較快的速度