BJT-频率特性-new资料.ppt

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第三章晶体管频率特性在交流工作状态下，在交流工作状态下，pn结的电容效应将对晶体管的工结的电容效应将对晶体管的工作特性发生影响。

频率增高，作特性发生影响。

频率增高，pn结交流阻抗下降，对结交流阻抗下降，对结电容的充放电电流增加，使晶体管的放大能力下降结电容的充放电电流增加，使晶体管的放大能力下降。

频率愈高，单位时间用于充放电的电子愈多，到达集频率愈高，单位时间用于充放电的电子愈多，到达集电极的载流子愈少；结电容的分流作用愈大，基极电电极的载流子愈少；结电容的分流作用愈大，基极电流愈大。

因此，交流放大系数是频率的函数，并随频流愈大。

因此，交流放大系数是频率的函数，并随频率的升高而下降。

率的升高而下降。

同时，对结电容的充放电需要一定的时间，从而产生同时，对结电容的充放电需要一定的时间，从而产生信号延迟，使输出和输入信号存在相位差。

因此，交信号延迟，使输出和输入信号存在相位差。

因此，交流放大系数是复数。

流放大系数是复数。

因此晶体管的使用频率受到一定限制。

如何提高晶体因此晶体管的使用频率受到一定限制。

如何提高晶体管的使用频率，是晶体管设计者和制造者的重要任务管的使用频率，是晶体管设计者和制造者的重要任务。

晶体管的许多重要特性都与工作频率有关。

晶体管的许多重要特性都与工作频率有关。

电流放大系数与频率的关系：

电流放大系数与频率的关系：

频率较低时，交流放大频率较低时，交流放大系数系数、几乎不随频率几乎不随频率变化，接近于直流放大变化，接近于直流放大系数系数0、0。

频率较高时，频率较高时，、将将明显下降。

明显下降。

电流放大系数的频率特性1.交流短路电流放大系数交流短路电流放大系数定义:

输出端交流短路时输出端与输入端的交流电流之比为交流短路电流放大系数。

共基极交流短路电流放大系数；晶体管交流电流放大系数与频率参数晶体管交流电流放大系数与频率参数2.晶体管的频率参数晶体管的频率参数共射级交流短路电流放大系数；CBVeciiCEVbciiCBVbciiCEVeciia.共基极截止频率：

定义为由低频值下降到所对应的频率。

b.共射极截止频率：

定义为由低频值下降到所对应的频率。

c.特征频率特征频率：

1所对应的工作频率（电流放大最高工作频率）d.最高振荡频率最高振荡频率fM：

共发射极运用时，功率增益等于1时对应的频率，它是晶体管工作的最终频率。

常用“分贝”表示电流放大系数（dB）（dB）截止频率时，电流放大系数下降了3分贝特征频率下，电流放大系数为零分贝fa0a02afb0b02bTf20lgaa=20lgbb=db321lg20一、交流小信号电流传输晶体管工作在交流小信号状态下，其信号电压叠加在直流晶体管工作在交流小信号状态下，其信号电压叠加在直流偏置电压之上，输出总电流应是直流分量和交流分量之和偏置电压之上，输出总电流应是直流分量和交流分量之和。

以NPN晶体管共基极连接为例：

输入总电压表示为集电极总输出电流为）（tvVtvbeBEBEtiIticCC在讨论在讨论BJT的频率特性时，小写符号大写下角标表示总的频率特性时，小写符号大写下角标表示总瞬时值，大写符号大写下角标表示定态（直流）分量，小瞬时值，大写符号大写下角标表示定态（直流）分量，小写符号小写下角标表示信号（交流）分量。

写符号小写下角标表示信号（交流）分量。

3.1双极型晶体管的频率特性发射极交流分量发射极交流分量ie：

晶体管内发射结和集电结上的偏压及电荷分：

晶体管内发射结和集电结上的偏压及电荷分布随时间而变化。

发射结势垒宽度也将随时间而变，可布随时间而变化。

发射结势垒宽度也将随时间而变，可看成发射结的势垒电容。

发射结的电流对看成发射结的势垒电容。

发射结的电流对发射结势垒电发射结势垒电容容CTE充放电，形成电流分量。

充放电，形成电流分量。

TECpeneeiiiiTECiTECi发射结注入基区的电子电流发射结注入基区的电子电流ine：

基区和发射区注入的非平衡载流子浓度也会随：

基区和发射区注入的非平衡载流子浓度也会随结上电压而按指数规律变化（见结上电压而按指数规律变化（见P40），即基区、发射区），即基区、发射区储存的电荷量也会随时间而变化。

可看成是发射结的扩散储存的电荷量也会随时间而变化。

可看成是发射结的扩散电容电容CDE。

ine应包含应包含发射结扩散电容发射结扩散电容CDE的充放电电流。

的充放电电流。

：

集电结偏压变化时，会导致基区宽变效应，从而：

集电结偏压变化时，会导致基区宽变效应，从而引起基区积累电荷的变化。

定义发射结偏压为常数时，基引起基区积累电荷的变化。

定义发射结偏压为常数时，基区电荷与集电结电压的微分量之比为集电结扩散电容区电荷与集电结电压的微分量之比为集电结扩散电容CDC。

ine应包括应包括集电结扩散电容集电结扩散电容CDC的充放电电的充放电电流流iCDC.（CDC很小，此电流一般可忽略不计）很小，此电流一般可忽略不计）：

流经集电结势垒区与基区边界的电子电流。

：

流经集电结势垒区与基区边界的电子电流。

0ncCCrbneiiiiiDCDEDECiDCCi0nci集电结势垒区与集电区边界的电子电流集电结势垒区与集电区边界的电子电流inc（xmc）：

集电结势垒电容集电结势垒电容CTC的充放电电流的充放电电流综上所述，为了响应交流下各种电容充、放电的需要，基综上所述，为了响应交流下各种电容充、放电的需要，基极电流将变为极电流将变为在同样的发射极电流下，由于基极电流的增大，将使得在同样的发射极电流下，由于基极电流的增大，将使得输出电流减小，即意味着电流放大系数的降低，其原因就输出电流减小，即意味着电流放大系数的降低，其原因就在于晶体管内存在在于晶体管内存在势垒电容势垒电容和和扩散电容扩散电容。

TCCicCmcnciixiTCDCTCDETECCCCrbpebiiiiiiire为发射结动态电阻，简称发射结电阻。

enepecTeiiii=+发射极电流a.发射效率及发射结延迟时间发射效率及发射结延迟时间二、交流小信号传输延迟时间二、交流小信号传输延迟时间EVEBEeqIkTIVrCBkTqVEEBEeII/0其中在直流下，发射效率在交流下，故由发射结等效电路可知，peneneEneIIIII0TECpeneeiiiipeneCpeneCpeneneVCpeneneiiiiiiiiiiiiiTETECBTE1110TEeeeTEeTEeTEepeneCepeneTECCrCrCrjCrjiiiriiCjiTETE表示以放电时间即发射结势垒电容的充称为发射极延迟时间，式中，代入前式得所以110用发射结延迟时间来表示发射效率则由此可知，随着频率升高，|减小。

ej10eearctan120，相位角1eeTeerCtw=表示，故有截止频率，以时的信号频率为发射极令e20直流下基区输运系数0的定义0=Inc/Ine交流时由于CDE的充放电影响，式中，reCDE称为基区渡越时间，亦即发射结扩散电容CDE的充放电时间，以表示。

对于均匀基区晶体管，发射结扩散电容对于缓变基区晶体管，可求得故对于均匀基区晶体管eDECrbncncVnencrCjiiiiiiDECB10000bDEebCrnbebDEDrWC22b.基区输运系数及基区渡越时间基区输运系数及基区渡越时间nbebDEDrWC2nbbbDWjj211200令为渡越截止频率b=1/=1/reCDE20bc.集电结势垒区输运系数及其延迟时间集电结势垒区输运系数及其延迟时间在交流信号下，电流密度jnc随时间而变，故集电结势垒区的电荷分布也随时间而变化，使从而同一时刻集电结势垒区靠集电区一边的信号电流inc（xm）会滞后于inc（0），这一滞后的时间称之为集电结势垒区延迟时间。

若电子渡越集电结势垒区的时间为，集电结势垒区的宽度为xmc，则有可以证明，集电结势垒区延迟时间为集电结势垒区两边交流电流之比为集电结势垒区输运系数ddsslmcsvxslmcsdvx22slmcdVncmcncdvxjjixiCB21111）0（）（scmvvslsl/10Si7，对为电子饱和漂移速度，其中d.集电区衰减因子与集电极延迟时间集电区衰减因子与集电极延迟时间交流电流流过rcs（集电区体电阻）时，将产生交流压降（集电结压降跟着变）,从而对集电结势垒电容CTC充放电，产生充放电电流icTC，使输出电流下降。

集电区的电子电流包括集电结势垒电容CTC的充、放电电流iCTC和集电极电流ic。

为此定义集电区衰减因子c：

在输出端交流短路的情况下，集电区体电阻rcs与CTC相当于并联。

cCCccVmcnccciiiiixiiTCTCCB11）（TCcsTCcscCCrjCjriiTC1cTCcscjCrj1111TCcscTCCrC的充放电时间）为集电极延迟时间式中，（cccccsccAWrAW则集电区体电阻，、结的面积分别为，集电区的宽度和集电若集电区电阻率为c三、BJT电流增益与频率的关系共基极运用电流增益*cnencnccdceenencnciiiiiiiiiiagbba=鬃鬃鬃d集电结势垒区输运系数c集电区衰减因子展开分母并略去二次幂可得（3-81）（3-82）将各截止频率关系式代入（3-81）（3-83）（3-84）11111ebdcaebdctttttwwwww=+=+其中21

（1）2bmceTecsTcanbslWxrCrCmDwlu=+12122

（1）2abmcaeTecsTcnbslWxfrCrCmDwpplu-轾=+犏+臌002211aaffaaaww=骣骣+琪琪桫桫幅值与频率的关系（3-86）相位与频率的关系由（3-81）可得（3-85）873ffffmarctgmarctgbb共发射极运用电流增益1.与频率的关系将（f）代入=/（1-）即得（f）,然而,用的是cb短路,用的是ce短路,所以应先求得ce短路下的（f），由图3-28,ce短路下回路应有1（）eeeTeDeiijrCCw=+*01（）cdeeccseTcTceTeDeiriirijCjCjrCCgbbwww+-=+01eeTcedccscricjiiri而（3-89）（3-88）得bjjvcdbece90.311000最后可以导出（过程略）对平面管有121（）21.41.42bmcTeTeTccsTcnbslWxfrCCrCDplu-轾=+犏臌（3-100）9231200ec98.322112TccsslmcnbbTcTeeTCrvxDWCCrfcdbTCTEeecCCr）（）（TCTEeeCCr四.影响的因素和提高的途径影响因素基区渡越时间发射极延迟时间d、c较e、b小,但高频管若采取措施降低了e，b,则应考虑此两项延迟时间。

TfTfTfeeTerCt=121221）（21TCcsslmcnbbTCTEecdbeTCrvxDWCCrf做好Al电极欧姆接触注意管壳的设计及选择,以减小杂散电容在结构参数均相同时,npn管较pnp管有较高的fT（np）提高提高fT的措施的措施减薄基区宽度Wb,可采用浅结扩散或离子注入技术降低基区掺杂浓度Nb以提高Dnb;适当提高基区杂质浓度梯度,以建立一定的基区自建电场。

减小结面积Ae,Ac,以减小结电容减小集电区电阻及厚度,采用外延结构,以减小mccsxr及121221）（21TCcsslmcnbbTCTEecdbeTCrvxDWCCrf1.功率增益Gpm晶体管的功率增益也随信号频率的升高而下降。

需要分析其功率增益和工作频率的内部联系，使晶体管工作在更高频率时，仍能获得所期望的功率增益。

共射极连接的情况下当负载ZL和晶体管的输出阻抗共轭匹配时，具有最大功率增益,或称最佳功率增益，以Gpm表示。

求得式中，CC为集电极总输出电容。

可见，工作频率越高，功率增益越小。