2 b
1
20
晶体管频率特性与开关特性
幅值：
电子器件基础

0
1
2

0
f 1 f
2
m 相位： tg b
1
f 1 mf tg f b f
γβ*βd ie CTc i’e iCTc rcs ic C
ie ie ie re j (CTe C De ) ie ie 1 j re (CTe CDe )
CTe
re ie E
CDe
22
晶体管频率特性与开关特性
输出(CE)短路时：ic rcs ic * d ie
电子器件基础
1 ie re jCTc
将γ、β*、βd 代入略去二次幂以上各项，实际 ie方向与 规定方向相反，可得到：

(Vce 0)
ic 0e ie 1 j /
2 b 1
jm / b
W xm re (CTe +CTc ) rcsCTc (1 m) Dnb 2 s
ic ine inc ( 0 ) inc ( xm ) ic * d c ie ie ine inc ( 0 ) inc ( xm )
电容对电流的分流作用，使传输电流的幅值减少； 对电容的充放电时间使输入信号与输出信号之间产生信 号延迟，存在相位差； 电流放大系数可用复数表示：
α0 为低频时共基短路电流放大系数 fα为共基极截止频率

o
f 1 j f
7
晶体管频率特性与开关特性
电子器件基础
发射效率γ
低频时不考虑电容，发射效率：
ie
E
ine i pe
re
B
ine o ine i pe
iCTe CTe
高频时考虑发射结势垒电容的充放电，由等效电路有：
ie ine i pe iCTe
10
晶体管频率特性与开关特性
电子器件基础
直流状态下，如基区少子总电荷为 Q，只考虑载 流子渡越，不考虑复合和延迟时，到达集电极电 流为： Q inc 与Q（nb）的具体分布无关。
b
考虑基区中少子复合
IVB Wb2 b * 0 1 1 1 2 I nE Lnb nb L2 Dnb nb nb Wb2 b Dnb
基区截止频率ωb：
Wb2 b b 1 m ( 1 m性
电子器件基础
3、共射极电流放大系数与频率关系
共射极电流放大系数与截止频率
交流不能直接利用 1 得到β，式中α是共基输出 (CB)短路的值，而共射输出 短路是CE间短路。
inc 1 ine 1 jb
考虑渡越和少子复合时
幅值： *
*
2 1 2 b
* o * 1 jb
滞后相位差： tg 1 b
12
晶体管频率特性与开关特性
电子器件基础
单独考虑 inc比 ine 延迟时间τdel，则有：
inc I nc e j t - del I nc e j t e j del
oe jm / 2 1 j Wb xm 1 j reCTe rcsCTc ( 1 m ) Dnb 2s
b
oe jm /
b
共基截止频率： （共基延迟时间τα）
W xm reCTe rcsCTc ( 1 m ) Dnb 2 s 1
少子渡越基区的平均时间为：τb=τ’b+τdel
ine I nee
j t
考虑渡越，不考虑复合时：
dQ dinc b j binc ine inc dt dt
inc e j del ine 1 j b
13
晶体管频率特性与开关特性
电子器件基础
2
晶体管频率特性与开关特性
电子器件基础
本章要求：
掌握双极管频率参数；理解电流放大系数 与频率的关系；了解高频等效电路和y参数、h 参数。 掌握双极管Ebers-Moll模型和电荷控制模 型，开关工作的过渡过程，开关时间参数。
3
晶体管频率特性与开关特性
电子器件基础
第1节 晶体管频率特性理论分析 1、晶体管频率特性参数
1
ωd：集电结截止频率
td xm 1 d 2 2 s d
18
晶体管频率特性与开关特性
电子器件基础
集电区衰减因子αc
电流在集电区体电阻上产生交变压降，迭加在直流偏 置上，使势垒区电荷随交变电压变化而变化，集电结势垒 电容充放电，形成电容分流。 1 输出交流短路时有： ic rcs iCTc jCTc ic ic 1 c ic inc xm ic iCTc 1 jrcsCTc inc (xm) C
1 e j xm / s 0 Vc jc jnc xm jnc 0 j xm / s xm t
jnc ( 0 ) qmn( 0 )e j t
输出交流短路时， c 0, Vc t 0 , td = xm/υs V
1 e j td jnc ( xm ) jnc (0) jtd
C N P · N+ IE
●
fT fα 3dB
f
最高振荡频率 fm
Kp=1时，f = fm 无功率（电流、电压）放大
B VB
IC IB
RC VC
RB
E
6
晶体管频率特性与开关特性
电子器件基础
2、共基极电流放大系数与截止频率
晶体管高频运用时，必须考虑电容的充放电作用，交流 输出短路共基电流放大系数：（基区靠集电结边界为0点）
同时考虑基区中载流子渡越、少子复合和延迟时：

*
e
1 j b
* j del o

e
1 j b
* j m b o
b b del del 1 1 m b b b
超相移因子 m 的物理意义：发射极电流变化后，不能 立即引起集电极电流变化，必须经过 ωmτ’b 的相位滞后， 集电结电流才变化。

1 1 1 jc 1 j
c
B
iCTc CTc
rcs
集电区延迟时间 c rcsCTc 1 c ωc：集电区截止频率
19
晶体管频率特性与开关特性
电子器件基础
输出短路共基电流放大系数
ic * 将各项代入 d c 并忽略高次项得： ie
11
晶体管频率特性与开关特性
电子器件基础
交流状态下，电流用复数表示：
ine I nee
j t
ine、inc：发射极和集电极交流电流瞬时值 Ine、Inc：发射极和集电极交流电流幅值
不考虑基区少子复合和 inc与 ine的延迟， 只考虑载流子渡越时：
inc I nce j t
dQ dinc b jbinc ine inc dt dt
在 fβ 时晶体管仍有一定电流 放大系数。如：β0=100，在 fβ时，β=70
5
晶体管频率特性与开关特性
电子器件基础
α.β(dB)
β0
3dB
特征频率 fT
β=1 时，f = fT 无电流放大，但电压放 大系数：
Vo I C RC KV 1 Vi I E re
re：发射结正偏电阻
0
α0 fβ
14
晶体管频率特性与开关特性
缓变基区晶体管可近似计算得出：
m
电子器件基础
del
del 0.22 0.098 b 0.22 0.098 b 1.22 0.098
b
b b del
1 b 1.22 0.098
Wb2 1 b 1 m 1 m Dnb b
直流和低频时，α.β 几乎不变； 当频率超过一定值后， α.β很快下降； 不同晶体管，α.β下 0 降时的频率不同，即具 有不同频率限制；
α0 fβ 3dB fT fα
α.β随 f 变化曲线
α.β(dB)
β0 3dB
f
用频率特性参数fα、 fβ、 fT来描述晶体管的频率特性。
4
晶体管频率特性与开关特性
发射结延迟时间τe 即发射结势垒电容CTe通过发射结电阻 re 的充放电时间，是发射结截止角频率ωe的倒数：
e CTe re 1 e
频率越高，CTe的容抗越小，分流越大，发射效率降低； 工作频率达到截止频率时(ω=ωe )， 0 。 2
9
晶体管频率特性与开关特性
电子器件基础
电流放大系数用分贝表示：
电子器件基础
dB 20lg dB 20lg
α.β(dB)
β0
3dB
共基极截止频率 fα 0 时， f f
2 即α=0.7α0，α下降3dB
0
α0 fβ 3dB
fT fα
f
共射极截止频率 fβ 时， f f 0
2
即β =0.7 β0，β 下降3dB
基区输运系数β*
注入基区少子渡越基区的平均时间τb：
注入少子在基区停留期间有复合损失，基区 少子的寿命为τnb，复合损失部分占总数的比为 τb / τnb； 少子流出基区比进入基区平均延迟了τdel，输 出信号比输入信号相位滞后了ωτdel； 。 每个载流子实际渡越基区时间的分散性，影 响频率特性。
b
b
* * o e j m o e jm / * 1 j b 1 j