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1、 本章重点本章重点本章重点本章重点 晶体管的频率特性晶体管的频率特性 晶体管的功率增益和最高振荡频率晶体管的功率增益和最高振荡频率 晶体管的大电流特性晶体管的大电流特性 晶体管的二次击穿晶体管的二次击穿 晶体管的安全工作区晶体管的安全工作区 在交流工作状态下，在交流工作状态下，P-N结的电容效应结的电容效应将对晶体管的工作特性产生影响。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。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
2、使用时，就无法使用，这就表明晶体管的使用频率有一个极限。频率有一个极限。 主要的高频参数主要的高频参数 截止频率截止频率 特征频率特征频率 高频功率增益高频功率增益 最高振荡频率最高振荡频率 4.1 晶体管的频率特性晶体管的频率特性截止频率截止频率 （共基极截止频率）（共基极截止频率） 表示共基极短路电流放大系数的幅表示共基极短路电流放大系数的幅值值|下降到低频值下降到低频值0的的1/ 时的频率。时的频率。 即即 = 时，时，|=0/ 。 截止频率截止频率 表示共发射极短路电流放大系数的表示共发射极短路电流放大系数的 幅值幅值|下降到低频值下降到低频值0的的1/ 时的频率。时的频率。 即即 =
3、 时，时，|=0/ 反映了电流放大系数反映了电流放大系数的幅值的幅值 |随频率上升而下降的快慢，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。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晶体管电流放大的频率极限是后面将要讲到的特征频率。讲到的特征频率。 特征频率特征频率 表示共射短路电流放大系数的幅值表示共射短路电流放大系数的幅值 下降到下降到|=1时的频率。时的频率。 它是晶体管在共射运用中具有电流放大它是晶体管在共射运用中具有电流放大作用的频率极限。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从图可以看出，上述几个频率参数间有如下关系
4、 且且 很接近很接近 当工作频率满足当工作频率满足 关系时，关系时，|随频率的增加，按随频率的增加，按-6dB/倍频的速度下降。倍频的速度下降。 最高振荡频率最高振荡频率 表示最佳功率增益等于表示最佳功率增益等于1时的频率。时的频率。晶体管具有功率增益的频率极限。晶体管具有功率增益的频率极限。当当 时，晶体管停止振荡。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共基极短路电流放大系数与频率的关系1.共共基基极极交交流流短短路路电电流流放放大大系系数数的的定性分析定性分析2.共共基基极极交交流流短短路路电电流流放放大大系系数数的的定量分析（略）定量分析（略）3.共共基基极极交交流流短
5、短路路电电流流放放大大系系数数和和截止频率截止频率 定性分析定性分析 共基极交流短路电流放大系数定义为共基极交流短路电流放大系数定义为输出输出交流短路交流短路时，集电极输出交流电流时，集电极输出交流电流ic与发射极与发射极输入交流电流输入交流电流ie之比，并用之比，并用表示。（交流信号表示。（交流信号用小写字母表示。）用小写字母表示。）发射结势垒电容分流电流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
6、电。（有一部分电子电流被势垒电容分势垒电容进行充放电。（有一部分电子电流被势垒电容分流，形成分流电流流，形成分流电流iCTe） 所以高频时所以高频时发射极电流发射极电流为为 ine 发射结注入基区交流电子电流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）发射结反注入空穴电流（基区注入发射结的空穴电流）交流发射效率交流发射效率 频率增高，结电容分流电流频率增高，结电容分流电流iCTe增大，增大，导致交流发射效率导致交流发射效率下降。下降。 所以，交流发射效率所以，交流发射效率随频率的升高而随频率的升高而下降。下降。 扩散电容分流电流扩散电容分流电流iCDe
7、在交流状态下，注入基区的少子浓度和基在交流状态下，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，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，形成复合电流合，形成复合电流iVR外，还有一部分将消耗于外，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，真正到达基区集电结边界的电子电流只有有inc(0)。 交流基区输运系数交流基区输运系数 频率越高，分流电流频率越高，分流电流iCDe越大，到达越大，到达集电结的
8、电子电流集电结的电子电流inc(0)越小越小 所以，基区输运系数所以，基区输运系数*也随着频率的也随着频率的升高而下降。升高而下降。 集电结空间电荷区输运系数集电结空间电荷区输运系数 到达集电结边界的电子电流到达集电结边界的电子电流inc(0)，通过集电，通过集电结空间电荷区时需要一定的传输时间；耗尽层中结空间电荷区时需要一定的传输时间；耗尽层中产生产生位移电流位移电流用于维持空间电荷区边界的变化，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使到达集电区边界的电子电流减少到inc(xm) 。 频率越高，位移电流越大，使频率越高，位移电流越大，使d随着频率增随着频率增高而下降高
9、而下降。集电结势垒电容分流电流集电结势垒电容分流电流iCTc 到达集电区的交变电子电流，在通到达集电区的交变电子电流，在通过集电区时过集电区时 ，还需要用一部分电子电流，还需要用一部分电子电流对集电结势垒电容充放电，形成势垒电对集电结势垒电容充放电，形成势垒电容的分流电流容的分流电流iCTc ，真正到达集电极的，真正到达集电极的电子电流只有电子电流只有incc inc(xm)=incc+iCTc 集电区衰减因子集电区衰减因子c 集电极输出电流集电极输出电流ic应该等于从发射极传输过应该等于从发射极传输过来的电子电流来的电子电流incc和集电结反向电流和集电结反向电流ipc之和。之和。集电区倍增
10、因子集电区倍增因子* 反向电流反向电流ipc一般很小，但当集电区电阻一般很小，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电流增大，从而减小了有效电子电流incc。 （使集电区倍增因子变小）（使集电区倍增因子变小） 共基极交流短路电流放大系数共基极交流短路电流放大系数 在各个传输过程中，由于结电容对传输电在各个传输过程中，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
11、，使输出信号同输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（入信号间存在相位差（延迟延迟或或不同步不同步）。）。 交流放大系数交流放大系数是是复数复数，其，其幅值幅值随着随着频率的升高而下降，频率的升高而下降，相位差相位差随着频率的升随着频率的升高而增大。高而增大。0 共基极短路电流放大系数的低频值共基极短路电流放大系数的低频值 截止频率截止频率 定量分析（略）定量分析（略）交流发射效率交流发射效率 e 发射极延迟时间发射极延迟时间 re 发射结动态电阻发射结动态电阻CTe 发射结势垒电容发射结势垒电容 m 超相移因子（剩余相因子）超相移因子（剩余相因子） 交流基区输运系数交流
12、基区输运系数 b 基区渡越截止频率基区渡越截止频率 集电结空间电荷区输运系数集电结空间电荷区输运系数 集电结空间电荷区延迟时间集电结空间电荷区延迟时间 d 集电区衰减因子集电区衰减因子 c=rcsCTc 集电极延迟时间集电极延迟时间 rcs 集电区串联电阻集电区串联电阻CTc 势垒电容势垒电容 共基极短路交流电流放大系数共基极短路交流电流放大系数和截止频率和截止频率 将以上各个系数的表达式代入将以上各个系数的表达式代入表达式表达式 对发射结处，基区侧扩散电容对发射结处，基区侧扩散电容CDe的充电的充电延迟时间，即延迟时间，即 由由表达式可以看出，交流电流放大系数表达式可以看出，交流电流放大系数
13、是复数，其幅值随频率升高而下降，相位滞后是复数，其幅值随频率升高而下降，相位滞后则随频率升高而增大。则随频率升高而增大。 从而从从而从定量分析定量分析的角度证实了的角度证实了定性分析定性分析的的正确性。正确性。截止频率截止频率 由放大系数表达式，令其等于低频值由放大系数表达式，令其等于低频值0 的的1/ 的时候，可以求出的时候，可以求出截止频率。截止频率。 其表达式如下：其表达式如下：（4-74-7） 以上得出的短路电流放大系数以上得出的短路电流放大系数和和 截止频率截止频率 的表达式对均匀基区和缓的表达式对均匀基区和缓 变基区均适用。变基区均适用。 计算时只须代入各自的计算时只须代入各自的延
14、迟时间延迟时间和不同的和不同的超相移因子超相移因子m的值即可。的值即可。 共发射极短路电流放大系数及其截止频率共发射极短路电流放大系数及其截止频率 共射短路电流放大系数共射短路电流放大系数：工作在共射状：工作在共射状态下的晶体管在输出端交流短路态下的晶体管在输出端交流短路VCE0=0时，集时，集电极交流电流电极交流电流ic与基极输入电流与基极输入电流ib之比。之比。 共发射极短路电流放大系数共发射极短路电流放大系数共射交流放大系数共射交流放大系数也是复数也是复数幅值随着频率升高而下降幅值随着频率升高而下降相位滞后随着频率升高而增大相位滞后随着频率升高而增大 （与（与 类似）类似）截止频率截止频
15、率 载流子从发射极到集电极总的传输载流子从发射极到集电极总的传输延迟时间延迟时间 P79P79 与与 的关系的关系说明说明 共射短路电流放大系数共射短路电流放大系数比共基短路电流比共基短路电流放大系数放大系数下降更快。下降更快。 因此，共基电路比共射电路频带更宽。因此，共基电路比共射电路频带更宽。 晶体管的特征频率晶体管的特征频率 共射电流放大系数共射电流放大系数|下降到下降到1时的频率是共时的频率是共射运用限制频率，即射运用限制频率，即特征频率特征频率。 提高特征频率的途径提高特征频率的途径减小基区宽度减小基区宽度 Wb ；缩小结面积缩小结面积A ；适当降低集电区电阻率适当降低集电区电阻率
16、；适当减小集电区厚度适当减小集电区厚度 ；尽量减小延伸电极面积尽量减小延伸电极面积 。原因略，有兴趣的同学请自己看书。原因略，有兴趣的同学请自己看书。P84854.2 晶体管高频等效电路晶体管高频等效电路 在交流小信号电流在交流小信号电流- -电压方程基础上，讨论电压方程基础上，讨论晶体管的晶体管的Y Y参数、参数、h h参数、参数、Z Z参数及其等效电路。参数及其等效电路。 在交流小信号状态下，晶体管的输出信号在交流小信号状态下，晶体管的输出信号随输入信号近似地按线性关系变化。因此，可随输入信号近似地按线性关系变化。因此，可以将晶体管等效为一个以将晶体管等效为一个线性两端网络线性两端网络，如图所，如图所示。示。 这四个参量中只有两个是独立变量。选用这四个参量中只有两个是独立变量。选用不同的自变量和因变量，可以得到不同的参数不同的自变量和因变量，可以得到不同的参数方程。方程。I I1 1、V V1 1 输入端的电流和电压输入端的电流和电压I I2 2、V V2 2 输出端的电流和电压输出端的电流和电压当选取电压当选取电压V1、V2为自变量时，可得为自变量时，可得Y参数方程参数方程 Y1
