现代半导体器件第十二讲

1、现代半导体器件刘飞：84110916：liufei中山大学理工学院第四章 双极晶体管 (2)4.1交流小信号电流增益4.34.44.54.6双极晶体管的开关原理双极晶体管的开关时间双极晶体管大电流特性晶体管耗散功率及区一、晶体管的使用频率限制1.低频下的晶体管：可认为电流增益基本不变。(准静态近似)频率大于一定值时的晶体管：电流增益会随信号频率的增大而减小。保证晶体管的放大功能需要对信号频率提出限制。2.3.二、晶体管共基极截止频率f11.定义：当下降为0的(又称为截至频率。)信号频率。2交流短路放大系数的分贝表示： 20 lg 0 32.dB3.共基极电流增益的计算：1f2Wx2 (r Cr

2、bmc C)LeTEcsTC2vnbs1相应的共基极电流增益及其模和相位角为： 0 0 arctan( f )f ff1 j1 ()2ff4.(1)(2)f曲线的物理意义：低频下，晶体管的共基极电流增益基本不变。当信号频率增到一定程度时，随着f减小。的增大而在共基极截止频率下， (3)(4)下降了3dB。此时的共基极晶体管的放大功能可看作。三、晶体管共射极截止频率f和特征频率fT1.共射极截止频率f：1(1) 当下降为0的时的信号频率。2(又称为截止频率。)、/dB03 dB30-6 dB/倍频关系20100-1003 dBff、关系曲线fTff(2)交流短路共射极电流增益的分贝表示： 20

3、lg 0 3(dB)dB(3)共射极电流增益及相应的表达式:1f2Wx2C) rbmc r (CCL0eTETCcsTC2vnbs1 0f0 arctan(f)ff1 j1 ()2f f(4)共射极晶体管的截止频率分析：a.b.低频下，晶体管的共射极电流增益基本不变。当信号频率增到一定程度时，随着f减小。的增大而在共射极截止频率下， c.d.下降了3dB。截止频率下共射极晶体管的放大功能仍然很大，由1于 很大，而其模只下降为原来的时仍然很大。022.共射极特征频率fT(1)定义：1时的信号频率fT 。(此时共射极晶体管已没有电流放大功能)(2)fT的表达式的计算：1fTW 2x2 re (CT

4、E CTC ) mc rcsCTC bLnb2vs1(3)a.b.寄生电容：管壳寄生电容；Cx延伸电极电容：C A0oxpadpadtox(4)集电极的总电容：CCCTCCxCpad(此时的表达式中CTC要用CC来代替)(5)f、f和fT值的比较：试比较几种截止频率的大小?fffT(6)共射极特征频率的计算：(在高频下)fT fT 0f ff其中称为增益带宽乘积。试推导该关系？(7)a.b.f曲线的物理意义：f对于给定的晶体管，保持不变；高频下，f 每升高一倍， (又称为6dB/倍数关系)减小6 dB。3.(1)a.改善BJT特性的途径：(增大f和fT )减小晶体管高频下的延迟时间；减小基区宽

5、度、提高基区电场因子和增大基区少子的扩散系数。(减小b )b.减小晶体管发射结和集电结的面积；(减小两结中的势垒电容，即降低e 和c)c.适当降低集电区电阻率和长度；(降低rcs来降低c)(2)降低各种寄生常数：减小Cpad和Cx 。(降低集电极总电容Cc来降低延迟时间)四、功率增益GP和最高频率fM1.研究功率增益的意义：(1)(2)晶体管高频工作下优良功率增益的要求；晶体管功率增益随信号频率f的升高而下降。2.共射极最佳功率增益Gpm： Po(1)共射极功率增益G 的定义：GppPi 10 lg Po (dB)其模的分贝表示： G(2)pPi(3)a. (a)(b)(c)(d)b.共射极最

6、佳功率增益Gpm的计算计算前的分析思路：输入信号源电阻与输入电阻rb 匹配；利用电子线路中正弦稳态下的最大功率传递定理；画出共射极晶体管的等效电路图；利用高频下的频率关系式求出最佳功率增益。具体计算过程：ZIvIZLT晶体管功率放大电路 i 2r共射极输入电路中，输入功率为：Pibb i 2 Z输出功率为：PocL则功率增益的表达式为：2icZLGpirbb由获得最大功率增益的条件和高频率的条件求得：fTG8f 2r CpmbC3.(1)(2)共射极最高振荡频率fM定义：当Gpm1时的信号频率fM；fMf的表达式求解：fT2Gf8r CMpmbC2又称功率增益带宽积。晶体管的高频优值：G物理意义：f(3)(4)a.b.pm晶体管的高频优值仅取决于晶体管本身的参数；晶体管在fM的频率下已经不存在功率放大作用；2c. Gf反映晶体管高频工作时的功率放大能力；pmd.