晶体管原理-1600f

1、半导体器件原理2009.04.17Institute of Microelectronics Circuit & System-1-01()bjmnencncccenencnccebcdiiiieiiiij第三章第三章 双极结型晶体管双极结型晶体管- .晶体管的频率特性5)5) 共基极高频小信号短路电流放大系数与截止频率共基极高频小信号短路电流放大系数与截止频率 为极低频或直流小信号共基极短路电流放大系数，或共基极增量电流放大系数。*000EEECecdIdIdIdIii0ECII（1）信号延迟时间）信号延迟时间ec定义：载流子从流入发射极开始到从集电极流出为止总渡越时间。0221()

2、ecjecbem1bbbbmm半导体器件原理2009.04.17Institute of Microelectronics Circuit & System-2-（2） 截止角频率截止角频率 、截止频率、截止频率 f11()1becdecbmm12 ()1becdfm 01bjmefjf （下降了3dB）时的角频率 、频率分别称为截止角频率、 截止频率。02定义：第三章第三章 双极结型晶体管双极结型晶体管- .晶体管的频率特性6) 共发射极高频小信号电流放大系数与特征频率共发射极高频小信号电流放大系数与特征频率（1）定义：集电结对高频小信号短路（vbc=0, VBC0）条件下的 ic与

3、ib 之比为共射极高频小信号短路电流放大系数半导体器件原理2009.04.17Institute of Microelectronics Circuit & System-3-0001第三章第三章 双极结型晶体管双极结型晶体管- .晶体管的频率特性极低频或直流小信号共发射极短路电流放大系数、或共发射极增量电流放大系数 下降到 （下降3dB)时的角频率、频率分别称为的截止角频率截止角频率、截止频率截止频率 * 截止角频率 、与截止频率 定义:f0/2001100020011()ejececej 00又 ，c00001111ecvbcjiicb半导体器件原理2009.04.17Instit

4、ute of Microelectronics Circuit & System-4-0011ecec 即：012ecf 第三章第三章 双极结型晶体管双极结型晶体管- .晶体管的频率特性0011fjjfv500MHz时，Wb较小，只占 中很小一部分，可忽略 fbec bm0001(1)bm v比 截止频率低的多半导体器件原理2009.04.17Institute of Microelectronics Circuit & System-5-（）晶体管的（）晶体管的特征频率特征频率01fjff增一倍降一半，或改变10lg2-1=-3dB ，功率正比于电（倍频程）流的平方，则功率增

5、益降1/4,或改变20lg2-1=-6dB1时的频率，称晶体管的特征频率晶体管的特征频率fT00012Tecff 第三章第三章 双极结型晶体管双极结型晶体管- .晶体管的频率特性0f f时,半导体器件原理2009.04.17Institute of Microelectronics Circuit & System-6-其中， ，IE 或 IC , fT ， IE 或IC 很大时，e 的影响很小，可略去；大注入时，基区扩展，b 增加更多，集电结势垒区减小，势垒区延迟 d 减小的少一些，故 IC 很大时，fT 随 IC 增加而下降。第三章第三章 双极结型晶体管双极结型晶体管- .晶体管的

6、频率特性（4 4）提高特征频率的途径）提高特征频率的途径 一般高频管中，四个时间常数以 最长，减小 是提高的主要途径v减小v减小v减小bbTfedccdbeecTecTff2121（3）电流对）电流对 fT 的影响的影响TEETEeeCqIkTCr半导体器件原理2009.04.17Institute of Microelectronics Circuit & System-7- 当晶体管用于小信号高频放大时，小信号电流、电压之间的关系是线性线性方程方程，其系数不随信号大小变化的常数，这些系数称为电路参数电路参数。选取自变量不同，描述各变量间关系的方程形式就不同，电路参数也不同。第三章第

7、三章 双极结型晶体管双极结型晶体管-2.晶体管的频率特性晶体管的高频参数与等效电路晶体管的高频参数与等效电路 利用电荷控制方程，可以得出用振幅表示的共基极高频小信号电流电压方程为:cbbemeVrVCjgI01cbbemcVCjrVgI01DETECCC0eDETCrCCCr-表示发射结扩散电容和势垒电容并联01BECVCBIrV:集电极增量输出电阻0r1cBccmVBEeIqIgVkTr-晶体管的转移电导，跨导，表示集电极电流受发射结电压变化的影响。半导体器件原理2009.04.17Institute of Microelectronics Circuit & System-8-将晶

8、体管等效为一个线性二端口网络如下图:第三章第三章 双极结型晶体管双极结型晶体管-2.晶体管的频率特性1I2I1V2V211101VmIYgj CV11120201VIYVr222101VmIYgV12220201VIYj CVr111 112 222122 2IY VY VIY V Y V1CErESCTECDeY12VCY21VeCDCCTCrCS本征Y参数等效电路共基极Y参数等效电路半导体器件原理2009.04.17Institute of Microelectronics Circuit & System-9-功率增益 ：晶体管对信号功率的放大能力.PG最高振荡频率 ：晶体管对信

9、号功率放大能力的极限.Mf第三章第三章 双极结型晶体管双极结型晶体管- .晶体管的频率特性1)最大功率增益接有负载阻抗ZL的共射极高频等效电路图BIbrbbBreEbIZLCCTCIcC12TcTCf最大输出功率:221max22()(2)28bTboTTCTCIf IPf CCf输入功率:Pin=rbb Ib2最大功率增益：maxmax28oTpinbbTCPfKPr Cf5.5. 高频功率增益和最高振荡频率高频功率增益和最高振荡频率半导体器件原理2009.04.17Institute of Microelectronics Circuit & System-10-2)最高振荡频率最

10、高振荡频率2max8TpbbTCfMKfr C晶体管的高频优值晶体管的高频优值 : 与频率平方的积MpG第三章第三章 双极结型晶体管双极结型晶体管- .晶体管的频率特性Mf： 下降到1时的频率maxpK12()8TMbbTCffr Cmax28 ()TpbbTeTCfKrf L Cf1218 ()MbbTeTCfrf L C频率达几千兆赫以上时，要加入管壳寄生参量的影响，主要的是发射极引线电感 的作用.eL3) 提高频率增益的途径提高频率增益的途径 （1）提高 fT 2） 减小基极电阻 rbb （3） 尽量减小结面积（4）尽量减小发射极引线电感和其他寄生参数 （5）选用合适的管壳半导体器件原理

11、2009.04.17Institute of Microelectronics Circuit & System-11-v大注入效应大注入效应BBBnNP第三章第三章 双极结型晶体管双极结型晶体管1) 基区电导调制效应基区电导调制效应 大注入时，注入到基区的少子不能忽略，为维持电中性，相应增加的多子浓度不能忽略，在基区中建立了和注入少子有同样浓度梯度的多子分布，从而使基区电阻率显著下降，产生基区电导率受注入电流调制的基区电导调制效应基区电导调制效应。2)自建电场自建电场 为维持基区多子分布，在基区产生由集电结指向发射结的电场 ，称大注入自建电场大注入自建电场。bEdxdPPqkTEdx

12、dPqDEqPJBBBpBpBBp10空穴动态平衡时：注入EnNnEnNNdxdnnnNndxdNNnNNqkTBBBbBBBBBBBBBBBBB11第三节第三节 晶体管的功率特性晶体管的功率特性半导体器件原理2009.04.17Institute of Microelectronics Circuit & System-12-积分:第三章第三章 双极结型晶体管双极结型晶体管-.晶体管的功率特性dxpndpqDdxdnpdxdpnpqDBBBnBBBBBBnB)(dxdndxdppnqDdxdnqDEqnJBBBBnBBnBnBBn基区少子电流：00 xBBWxBBnBWBnpnpnq

13、DdxpJBB3)基区渡越时间与输运系数基区渡越时间与输运系数发射结注入基区电子(少子)流:BBBWBBBnBEWBWxBBxBBnBEndxppnqDAdxppnpnqDAI000)0()0(qkTVBE/0BCV半导体器件原理2009.04.17Institute of Microelectronics Circuit & System-13-00(0) (0)bbWWbBpdxndxD pnBn基区少子总量Q少子电流I基区输运系数基区输运系数0011(0) (0)bbWWbBBBpdxndxDpn 基区渡越时间基区渡越时间适用于基区任意注入强度与任意杂质分布对于基区小注入并且均匀掺杂2212BBWL 22BbBWD第三章第三章 双极结型晶体管双极结型晶体管- .晶体管的功率特性大注入时dxdnDqdxdnqDdxdnnqkTnqJnBnBnBn)2(1半导体器件原理2009.04.17Institute of Microelectron