1、半導體器件原理2009.04.17Institute of Microelectronics Circuit & System-1-01()bjmnencncccenencnccebcdiiiieiiiij第三章第三章 雙極結型晶體管雙極結型晶體管- .晶體管的頻率特性5)5) 共基極高頻小信號短路電流放大系數與截止頻率共基極高頻小信號短路電流放大系數與截止頻率 為極低頻或直流小信號共基極短路電流放大系數，或共基極增量電流放大系數。*000EEECecdIdIdIdIii0ECII（1）信號延遲時間）信號延遲時間ec定義：載流子從流入發射極開始到從集電極流出為止總渡越時間。0221()

2、ecjecbem1bbbbmm半導體器件原理2009.04.17Institute of Microelectronics Circuit & System-2-（2） 截止角頻率截止角頻率 、截止頻率、截止頻率 f11()1becdecbmm12 ()1becdfm 01bjmefjf （下降了3dB）時的角頻率 、頻率分別稱為截止角頻率、 截止頻率。02定義：第三章第三章 雙極結型晶體管雙極結型晶體管- .晶體管的頻率特性6) 共發射極高頻小信號電流放大系數與特征頻率共發射極高頻小信號電流放大系數與特征頻率（1）定義：集電結對高頻小信號短路（vbc=0, VBC0）條件下的 ic與

3、ib 之比為共射極高頻小信號短路電流放大系數半導體器件原理2009.04.17Institute of Microelectronics Circuit & System-3-0001第三章第三章 雙極結型晶體管雙極結型晶體管- .晶體管的頻率特性極低頻或直流小信號共發射極短路電流放大系數、或共發射極增量電流放大系數 下降到 （下降3dB)時的角頻率、頻率分別稱為的截止角頻率截止角頻率、截止頻率截止頻率 * 截止角頻率 、與截止頻率 定義:f0/2001100020011()ejececej 00又 ，c00001111ecvbcjiicb半導體器件原理2009.04.17Instit

4、ute of Microelectronics Circuit & System-4-0011ecec 即：012ecf 第三章第三章 雙極結型晶體管雙極結型晶體管- .晶體管的頻率特性0011fjjfv500MHz時，Wb較小，只占 中很小一部分，可忽略 fbec bm0001(1)bm v比 截止頻率低的多半導體器件原理2009.04.17Institute of Microelectronics Circuit & System-5-（）晶體管的（）晶體管的特征頻率特征頻率01fjff增一倍降一半，或改變10lg2-1=-3dB ，功率正比于電（倍頻程）流的平方，則功率增

5、益降1/4,或改變20lg2-1=-6dB1時的頻率，稱晶體管的特征頻率晶體管的特征頻率fT00012Tecff 第三章第三章 雙極結型晶體管雙極結型晶體管- .晶體管的頻率特性0f f時,半導體器件原理2009.04.17Institute of Microelectronics Circuit & System-6-其中， ，IE 或 IC , fT ， IE 或IC 很大時，e 的影響很小，可略去；大注入時，基區擴展，b 增加更多，集電結勢壘區減小，勢壘區延遲 d 減小的少一些，故 IC 很大時，fT 隨 IC 增加而下降。第三章第三章 雙極結型晶體管雙極結型晶體管- .晶體管的

6、頻率特性（4 4）提高特征頻率的途徑）提高特征頻率的途徑 一般高頻管中，四個時間常數以 最長，減小 是提高的主要途徑v減小v減小v減小bbTfedccdbeecTecTff2121（3）電流對）電流對 fT 的影響的影響TEETEeeCqIkTCr半導體器件原理2009.04.17Institute of Microelectronics Circuit & System-7- 當晶體管用于小信號高頻放大時，小信號電流、電壓之間的關系是線性線性方程方程，其系數不隨信號大小變化的常數，這些系數稱為電路參數電路參數。選取自變量不同，描述各變量間關系的方程形式就不同，電路參數也不同。第三章第

7、三章 雙極結型晶體管雙極結型晶體管-2.晶體管的頻率特性晶體管的高頻參數與等效電路晶體管的高頻參數與等效電路 利用電荷控制方程，可以得出用振幅表示的共基極高頻小信號電流電壓方程為:cbbemeVrVCjgI01cbbemcVCjrVgI01DETECCC0eDETCrCCCr-表示發射結擴散電容和勢壘電容并聯01BECVCBIrV:集電極增量輸出電阻0r1cBccmVBEeIqIgVkTr-晶體管的轉移電導，跨導，表示集電極電流受發射結電壓變化的影響。半導體器件原理2009.04.17Institute of Microelectronics Circuit & System-8-將晶

8、體管等效為一個線性二端口網絡如下圖:第三章第三章 雙極結型晶體管雙極結型晶體管-2.晶體管的頻率特性1I2I1V2V211101VmIYgj CV11120201VIYVr222101VmIYgV12220201VIYj CVr111 112 222122 2IY VY VIY V Y V1CErESCTECDeY12VCY21VeCDCCTCrCS本征Y參數等效電路共基極Y參數等效電路半導體器件原理2009.04.17Institute of Microelectronics Circuit & System-9-功率增益 ：晶體管對信號功率的放大能力.PG最高振蕩頻率 ：晶體管對信

9、號功率放大能力的極限.Mf第三章第三章 雙極結型晶體管雙極結型晶體管- .晶體管的頻率特性1)最大功率增益接有負載阻抗ZL的共射極高頻等效電路圖BIbrbbBreEbIZLCCTCIcC12TcTCf最大輸出功率:221max22()(2)28bTboTTCTCIf IPf CCf輸入功率:Pin=rbb Ib2最大功率增益：maxmax28oTpinbbTCPfKPr Cf5.5. 高頻功率增益和最高振蕩頻率高頻功率增益和最高振蕩頻率半導體器件原理2009.04.17Institute of Microelectronics Circuit & System-10-2)最高振蕩頻率最

10、高振蕩頻率2max8TpbbTCfMKfr C晶體管的高頻優值晶體管的高頻優值 : 與頻率平方的積MpG第三章第三章 雙極結型晶體管雙極結型晶體管- .晶體管的頻率特性Mf： 下降到1時的頻率maxpK12()8TMbbTCffr Cmax28 ()TpbbTeTCfKrf L Cf1218 ()MbbTeTCfrf L C頻率達幾千兆赫以上時，要加入管殼寄生參量的影響，主要的是發射極引線電感 的作用.eL3) 提高頻率增益的途徑提高頻率增益的途徑 （1）提高 fT 2） 減小基極電阻 rbb （3） 盡量減小結面積（4）盡量減小發射極引線電感和其他寄生參數 （5）選用合適的管殼半導體器件原理

11、2009.04.17Institute of Microelectronics Circuit & System-11-v大注入效應大注入效應BBBnNP第三章第三章 雙極結型晶體管雙極結型晶體管1) 基區電導調制效應基區電導調制效應 大注入時，注入到基區的少子不能忽略，為維持電中性，相應增加的多子濃度不能忽略，在基區中建立了和注入少子有同樣濃度梯度的多子分布，從而使基區電阻率顯著下降，產生基區電導率受注入電流調制的基區電導調制效應基區電導調制效應。2)自建電場自建電場 為維持基區多子分布，在基區產生由集電結指向發射結的電場 ，稱大注入自建電場大注入自建電場。bEdxdPPqkTEdx

12、dPqDEqPJBBBpBpBBp10空穴動態平衡時：注入EnNnEnNNdxdnnnNndxdNNnNNqkTBBBbBBBBBBBBBBBBB11第三節第三節 晶體管的功率特性晶體管的功率特性半導體器件原理2009.04.17Institute of Microelectronics Circuit & System-12-積分:第三章第三章 雙極結型晶體管雙極結型晶體管-.晶體管的功率特性dxpndpqDdxdnpdxdpnpqDBBBnBBBBBBnB)(dxdndxdppnqDdxdnqDEqnJBBBBnBBnBnBBn基區少子電流：00 xBBWxBBnBWBnpnpnq

13、DdxpJBB3)基區渡越時間與輸運系數基區渡越時間與輸運系數發射結注入基區電子(少子)流:BBBWBBBnBEWBWxBBxBBnBEndxppnqDAdxppnpnqDAI000)0()0(qkTVBE/0BCV半導體器件原理2009.04.17Institute of Microelectronics Circuit & System-13-00(0) (0)bbWWbBpdxndxD pnBn基區少子總量Q少子電流I基區輸運系數基區輸運系數0011(0) (0)bbWWbBBBpdxndxDpn 基區渡越時間基區渡越時間適用于基區任意注入強度與任意雜質分布對于基區小注入并且均勻摻雜2212BBWL 22BbBWD第三章第三章 雙極結型晶體管雙極結型晶體管- .晶體管的功率特性大注入時dxdnDqdxdnqDdxdnnqkTnqJnBnBnBn)2(1半導體器件原理2009.04.17Institute of Microelectron