晶體管特征頻率的測(cè)量.doc

精品文檔晶體管特征頻率的測(cè)量晶體管特征頻率的測(cè)量定義為共射極輸出交短路電流放大系數(shù)隨頻率增加而下降到1小時(shí)的工作頻率，它反映了晶體管共發(fā)射運(yùn)用具有電流放大作用的頻率極限，是晶體管的一個(gè)重要頻率特性參數(shù)。主要取決于晶體管的合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但也與晶體管工作時(shí)的偏置條件密切相關(guān)。因而，晶體管的特征頻率是指在一定集團(tuán)偏置條件下的測(cè)量值。其測(cè)試原理通常采用“增益帶寬”積的方法。本實(shí)驗(yàn)的目的是掌握晶體管特征頻率的測(cè)試原理及測(cè)量方法，熟悉分別隨和變化的規(guī)律，加深其與晶體管結(jié)構(gòu)參數(shù)各工作偏置條件的理解，為晶體管的頻率特性設(shè)計(jì)，制造和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。一、實(shí)驗(yàn)原理 共發(fā)射交流工作下，晶體管發(fā)射結(jié)電壓周期性變化引起發(fā)射結(jié)，收集結(jié)空間電荷區(qū)的電荷和其區(qū)，發(fā)射區(qū)，收集區(qū)的少子，多子也隨之不斷重新分布，這種現(xiàn)象可視為勢(shì)壘電容各擴(kuò)散電容的充放電作用。勢(shì)壘電容各擴(kuò)散電容的充放電使由發(fā)射區(qū)通過基區(qū)傳輸?shù)妮d流子減少，傳輸?shù)碾娏鞣戎迪陆担瑫r(shí)產(chǎn)生載流子傳輸?shù)难訒r(shí)，加之載流子渡越收集結(jié)空間電荷區(qū)時(shí)間的影響，使輸入，輸出信號(hào)產(chǎn)生相移，電流放大系數(shù)變?yōu)閺?fù)數(shù)，并且其幅值隨頻率的升高而下降，相位移也隨頻率的升高而增大，因此，晶體管共發(fā)射極交流短路放大系數(shù)的幅值和相位移是工作頻率的函數(shù)。理論上晶體管共發(fā)射交流短路放大系數(shù)可表示為= (1)其幅值和相位角隨頻率變化的有關(guān)系分別為= (2)= (3)可見，當(dāng)工作頻率，=。根據(jù)定義，=1時(shí)的工作頻率即為特征頻率，則有= (4)另外，當(dāng)晶體管共基極截止頻率500MHz時(shí)近似有/(1+m)，微波管中=。所以關(guān)系式(26.4)表明當(dāng)工作頻率滿足時(shí)共發(fā)射極交流短路電流放大系數(shù)與工作頻率乘積是一個(gè)常數(shù)，該常數(shù)即特征頻率，亦稱“增益帶寬”積。上式同時(shí)還表明與成反比，每升高一倍，下降一倍，在對(duì)數(shù)坐標(biāo)上就是的(-6dB)/倍頻關(guān)系曲線，圖1表示了隨頻率變化的關(guān)系。直接在=1的條件下測(cè)量是比較困難的，而在工作頻率滿足之關(guān)系時(shí)測(cè)得，爾后再乘以該測(cè)試頻率，也就是利用圖26.1的線段就可以在較低頻率下獲得特征頻率，使測(cè)試變得簡單，這就是通常測(cè)量的基本原理。晶體管原理課中分析了特征頻率與晶體管結(jié)構(gòu)等參數(shù)的基本關(guān)系。在一般情況下晶體管的收集結(jié)勢(shì)壘電容遠(yuǎn)小于發(fā)射結(jié)勢(shì)壘電容，如果再忽略寄生電容的影響，那么特征頻率可以 -10030201040單位增益-6dB/倍頻程圖1電流放大系數(shù)與頻率的關(guān)系 表示為: = (5)很明顯，是發(fā)射結(jié)電阻，基區(qū)寬度，勢(shì)壘電容各勢(shì)壘區(qū)寬度等的函數(shù)。而這些參數(shù)雖然主要取決于晶體管的結(jié)構(gòu)，但也與晶體管的工作條件有關(guān)，即工作偏置不同也不等。因此。通常所說的某晶體管的特征頻率是指在一定偏置條件下的測(cè)量值。圖2（a）表示了等于常數(shù)時(shí)隨的變化。圖2（b）表示等于常數(shù)時(shí)，隨的變化。這種變化是載流子傳輸時(shí)間隨工作偏置改變所致。將關(guān)系式kT/q代入式(5)，得到=C圖2（a）=C圖2(b)= (6)一般情況下，在收集極工作電壓一定，時(shí)，可近似認(rèn)為,與無關(guān)，因而通過測(cè)量隨的變化，并作出1/與1/的關(guān)系曲線，由曲線斜率即可求得的近似值，同時(shí)由曲線的截距求得+的近似值。的測(cè)試裝置如圖26.3所示。其中信號(hào)源提供范圍內(nèi)的所需要的點(diǎn)頻信號(hào)電流，電流調(diào)節(jié)器控制輸入被測(cè)管的基極電流，測(cè)試回路和偏置電源向被測(cè)管提供規(guī)范偏置條件，寬帶放大器則對(duì)被測(cè)管的輸出信號(hào)進(jìn)行放大，顯示系統(tǒng)指示值。顯然顯示系統(tǒng)表頭指示的參數(shù)是經(jīng)被測(cè)管放大了的信號(hào)源電流信號(hào)，但經(jīng)測(cè)試前后的“校正”各“衰減”處理可轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的值。其過程和原理如下，測(cè)前“校正”時(shí)被測(cè)管開路，基極和收集極插孔短接，旋轉(zhuǎn)電流調(diào)節(jié)旋扭使指示表頭顯示一定值，這樣就預(yù)置了基極電流。插入被測(cè)管測(cè)試時(shí)顯示系統(tǒng)表頭就指示了經(jīng)被測(cè)管放大了的輸入信號(hào)電流。由于測(cè)試過程中被測(cè)的基極電流仍保持在“校正”時(shí)的值，則取二者的比值就確定了，然后乘以信號(hào)頻率即可得到晶體管的特征頻率。如果測(cè)試時(shí)取了一定的衰減倍率，那么計(jì)算時(shí)將預(yù)置的基極電流也縮小同樣倍數(shù)其結(jié)果不會(huì)改變。測(cè)試電路點(diǎn)頻信號(hào)源電源調(diào)節(jié)偏置電源寬帶放大器特征頻率顯示衰減器校校圖3特征頻率測(cè)試系統(tǒng)方框示意圖目前，的測(cè)量多采用晶體管特征頻率測(cè)試儀，盡管測(cè)試儀的型號(hào)不同，但都是依據(jù)增益帶寬積的原理而設(shè)計(jì)的，其結(jié)構(gòu)框圖仍可用圖3表示，測(cè)量方法也基本與上述相同，差別在于測(cè)試儀“校正”時(shí)要預(yù)置基極電流使顯示表頭滿偏，這實(shí)際上是信號(hào)源輸出一恒定其極電流。因此，測(cè)量時(shí)必須進(jìn)行一定倍頻的衰減，否則表頭會(huì)因超滿度而無法讀出，有的測(cè)試儀其衰減倍率設(shè)置在儀器面板上，需要預(yù)先設(shè)定，而的有測(cè)試儀則將一定的衰減倍率設(shè)定在了儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，測(cè)試時(shí)無須考慮，正是由于測(cè)試儀信號(hào)源輸給被測(cè)管的基極電流是其極電流是定值，所以在顯示表頭上直接刻劃出了值，可以直接讀出。另外，否則不同測(cè)試儀的測(cè)量范圍不同，信號(hào)源頻率不等，所含測(cè)試點(diǎn)頻數(shù)量也可能不一樣。如:QG-25型信號(hào)源測(cè)試頻率固定為400MHz，測(cè)試范圍為4004000MHz；QG16型信號(hào)源可以輸出10MHz，30MHz，100MHz三個(gè)測(cè)試頻率，測(cè)試范圍為1001000MHz等。使用哪種測(cè)試儀和選用哪個(gè)測(cè)試頻率則要視的范圍根據(jù)確定。二，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.在規(guī)范,偏置條件下測(cè)量所選晶體管的特征頻率2. 置規(guī)范值，改變測(cè)量變化關(guān)系。3. 置規(guī)范值，改變測(cè)量變化頭條。4.在被測(cè)管的發(fā)射結(jié)并接數(shù)pF電容，觀察變化。5.求出被測(cè)管的,+的近似值。6.改變測(cè)試頻率重新進(jìn)行14的實(shí)驗(yàn)。三.實(shí)驗(yàn)的步驟1.了解所用特征頻率測(cè)試的測(cè)試范圍，信號(hào)源的工作頻率，熟悉使用方法，然后開機(jī)預(yù)熱。2.選取被測(cè)晶體管樣品，從器件手冊(cè)查出其的規(guī)范測(cè)試條件。3.做好測(cè)量準(zhǔn)備工作。（1）確定信號(hào)源工作頻率。（2）校正測(cè)試儀，預(yù)置基極電流。（3）將儀器置測(cè)量狀態(tài)。4.在規(guī)范偏置條件下測(cè)量樣管的。5.在規(guī)范值測(cè)量關(guān)系6. 在規(guī)范值測(cè)量關(guān)系7.在被測(cè)管發(fā)射結(jié)并接pF電容，重復(fù)4,5,6項(xiàng)工作。8.將測(cè)試儀恢復(fù)到“準(zhǔn)備”狀態(tài)。9.改變信號(hào)測(cè)試頻率，重新進(jìn)行4,5,6,7項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。四，數(shù)據(jù)處理和分析1.將實(shí)驗(yàn)步驟4,5,6,7,9的測(cè)試及結(jié)果數(shù)據(jù)列表，并計(jì)算相應(yīng)的值。2.依實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別給出,和1/1/關(guān)系曲線。3.由1/1/曲線計(jì)算出,+值。4.對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟5,6,7的相應(yīng)曲線和測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行簡要理論分