双极型晶体管的频率1

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1、第三章双极型晶体管的频率特性在实际运用中，晶体管大多数都是在直流偏压下放大交流信号。随着工作频率的增加，晶体管内部各个部位的电容效应将起着越来越重要的作用，因而致使晶体管的特性发生明显的变化。本章讨论在高频信号作用下晶体管的哪些特性参数发生什么样的变化以及这些这些变化与工作频率的关系等，以便能更好地认识高频下晶体管特性的变化规律，更重要的是了解应设计制造什么样的晶体管以满足高频工作条件的要求。为此，首先介绍晶体管高频工作下的特殊参数，然后再讨论这些参数与结构、工作条件的关系等。1第三章双极型晶体管的频率特性§3.1晶体管交流电流放大系数与频率参数§3.2

2、晶体管的交流特性分析§3.3晶体管的高频参数及等效电路§3.4高频下晶体管中载流子的输运及中间参数§3.5晶体管电流放大系数的频率关系§3.6晶体管的高频功率增益§3.7工作条件对晶体管fT、KPm的影响2一、交流短路电流放大系数共基极交流短路电流放大系数：共发射极极交流短路电流放大系数：两者之间的关系：§3.1晶体管交流电流放大系数与频率参数3二、晶体管的频率参数截止频率f：共基极电流放大系数减小到低频值的所对应的频率值截止频率f：共发射极电流放大系数减小到低频值的所对应的频率值4特征频率fT：共发射极交流短路电流放大系数为1时对应的工作频率最

3、高振荡频率fM：功率增益为1时对应的频率二、晶体管的频率参数5二、晶体管的频率参数6§3.2晶体管的交流特性分析晶体管在实际应用时大多是在直流偏压上叠加上交流小信号，即作用在结上的总电压应为交、直流两部分电压之和，如果所叠加的交流信号为正弦波则作用在发射结上的总电压为：作用在集电结上的总电压为：7注意：一维模型中规定的电流方向与npn管实际电流反向相反8一、均匀基区晶体管（以npn管为例）交流信号作用下基区电子一维扩散方程基区电子密度分布（直流、交流叠加）分解与时间有关项和与时间无关项基区电子电流密度交流分量通过发射结的空穴电流密度交流分量交流信号作用下

4、发射区空穴一维扩散方程均匀基区晶体管交流电流-电压方程高频参数频率特性9一、均匀基区晶体管（以npn管为例）在交流信号作用下基区电子的一维扩散方程：1011边界条件：x=0时，边界条件：x=Wb其中：1213通过基区的电子电流密度交流分量同理，可求出通过发射结的空穴电流密度的交流分量14通过发射结的交流电流分量：集电极电流的交流分量：此二式即为均匀基区晶体管交流电流——电压方程15基区宽变效应：基区宽度随结电压变化而变化，从而引起输出电流的变化计入基区宽变效应：16二、缓变基区晶体管基区电子的一维连续性方程17§3.3晶体管的高频参数及等效电路一、晶体管

5、高频Y参数及其等效电路二、晶体管高频h参数及其等效电路将晶体管看作四端网络来讨论其高频特性（输入、输出关系）描述四端网络的高频参数（方程组）有Y参数——短路导纳参数Z参数——开路阻抗参数h参数——混合参数S参数——散射参数等Y参数的表达形式与晶体管的I-V方程一致，可直接由I-V方程得到，且物理意义明显h参数更符合晶体管的实际特点，易于实际测量18晶体管高频参数是高频特性方程组中的一组参数一方面，将晶体管的结构参数与四端网络的特性参数相联系另一方面，通过等效电路反映晶体管内部结构与外电路的关系，使晶体管的CAD及计算机模拟得以实现§3.3晶体管的高频参数

6、及等效电路19一、晶体管高频Y参数及其等效电路由交流I-V方程可以直接得到最基本的Y参数，称为本征参数加上（必要的）非本征参数构成较完整的高频等效电路20由连续性方程所得，称本征Y参数，且没有频率限制211、共基极本征输入导纳Ycei输出端交流短路时，输入端交流电流幅值随输入电压的变化设=1，即忽略IpE认为Wb/Lnb为一阶无穷小，展开双曲函数，略去高次项，还原Cn22232、共基极本征输出导纳Ycci输入端交流短路时，输出端交流电流幅值随输出电压的变化243、共基极本征正向转移导纳Ycei输出端交流短路时，输入端交流电压对输出端交流电流的影响说明：

7、正向转移导纳可看作将输入导纳转移到（被放大了的）输出端的等效导纳，或者说，是输出端输出的，被放大了的输入导纳即：由输入电压ue→输入电流Ie→输出电流Ic254、共基极本征反向转移导纳Yeci输入端交流短路时，输出端交流电压对输入端电流的影响26无量纲，称为电压反馈系数当保持发射极交流开路时，即Ie=0，IE不变，集电极电压变化对发射极电压的影响也称反向电压放大系数发射极交流开路，意味着发射极电流维持直流偏置电流不变（恒流），当Vc→△Vc时，Wb产生△Wb的变化，引起基区少子分布变化，为了使IE不变(Ie=0)，应有△VE使nE变化△nEn(x)nE

8、nb(x)xn(x)272829二、晶体管高频h参数及其等效电路30二、晶体管高