現(xiàn)代半導(dǎo)體器件第十二講

1、現(xiàn)代半導(dǎo)體器件劉飛：84110916：liufei中山大學(xué)理工學(xué)院第四章 雙極晶體管 (2)4.1交流小信號(hào)電流增益4.34.44.54.6雙極晶體管的開關(guān)原理雙極晶體管的開關(guān)時(shí)間雙極晶體管大電流特性晶體管耗散功率及區(qū)一、晶體管的使用頻率限制1.低頻下的晶體管：可認(rèn)為電流增益基本不變。(準(zhǔn)靜態(tài)近似)頻率大于一定值時(shí)的晶體管：電流增益會(huì)隨信號(hào)頻率的增大而減小。保證晶體管的放大功能需要對(duì)信號(hào)頻率提出限制。2.3.二、晶體管共基極截止頻率f11.定義：當(dāng)下降為0的(又稱為截至頻率。)信號(hào)頻率。2交流短路放大系數(shù)的分貝表示： 20 lg 0 32.dB3.共基極電流增益的計(jì)算：1f2Wx2 (r Cr

2、bmc C)LeTEcsTC2vnbs1相應(yīng)的共基極電流增益及其模和相位角為： 0 0 arctan( f )f ff1 j1 ()2ff4.(1)(2)f曲線的物理意義：低頻下，晶體管的共基極電流增益基本不變。當(dāng)信號(hào)頻率增到一定程度時(shí)，隨著f減小。的增大而在共基極截止頻率下， (3)(4)下降了3dB。此時(shí)的共基極晶體管的放大功能可看作。三、晶體管共射極截止頻率f和特征頻率fT1.共射極截止頻率f：1(1) 當(dāng)下降為0的時(shí)的信號(hào)頻率。2(又稱為截止頻率。)、/dB03 dB30-6 dB/倍頻關(guān)系20100-1003 dBff、關(guān)系曲線fTff(2)交流短路共射極電流增益的分貝表示： 20

3、lg 0 3(dB)dB(3)共射極電流增益及相應(yīng)的表達(dá)式:1f2Wx2C) rbmc r (CCL0eTETCcsTC2vnbs1 0f0 arctan(f)ff1 j1 ()2f f(4)共射極晶體管的截止頻率分析：a.b.低頻下，晶體管的共射極電流增益基本不變。當(dāng)信號(hào)頻率增到一定程度時(shí)，隨著f減小。的增大而在共射極截止頻率下， c.d.下降了3dB。截止頻率下共射極晶體管的放大功能仍然很大，由1于 很大，而其模只下降為原來的時(shí)仍然很大。022.共射極特征頻率fT(1)定義：1時(shí)的信號(hào)頻率fT 。(此時(shí)共射極晶體管已沒有電流放大功能)(2)fT的表達(dá)式的計(jì)算：1fTW 2x2 re (CT

4、E CTC ) mc rcsCTC bLnb2vs1(3)a.b.寄生電容：管殼寄生電容；Cx延伸電極電容：C A0oxpadpadtox(4)集電極的總電容：CCCTCCxCpad(此時(shí)的表達(dá)式中CTC要用CC來代替)(5)f、f和fT值的比較：試比較幾種截止頻率的大小?fffT(6)共射極特征頻率的計(jì)算：(在高頻下)fT fT 0f ff其中稱為增益帶寬乘積。試推導(dǎo)該關(guān)系？(7)a.b.f曲線的物理意義：f對(duì)于給定的晶體管，保持不變；高頻下，f 每升高一倍， (又稱為6dB/倍數(shù)關(guān)系)減小6 dB。3.(1)a.改善BJT特性的途徑：(增大f和fT )減小晶體管高頻下的延遲時(shí)間；減小基區(qū)寬

5、度、提高基區(qū)電場因子和增大基區(qū)少子的擴(kuò)散系數(shù)。(減小b )b.減小晶體管發(fā)射結(jié)和集電結(jié)的面積；(減小兩結(jié)中的勢壘電容，即降低e 和c)c.適當(dāng)降低集電區(qū)電阻率和長度；(降低rcs來降低c)(2)降低各種寄生常數(shù)：減小Cpad和Cx 。(降低集電極總電容Cc來降低延遲時(shí)間)四、功率增益GP和最高頻率fM1.研究功率增益的意義：(1)(2)晶體管高頻工作下優(yōu)良功率增益的要求；晶體管功率增益隨信號(hào)頻率f的升高而下降。2.共射極最佳功率增益Gpm： Po(1)共射極功率增益G 的定義：GppPi 10 lg Po (dB)其模的分貝表示： G(2)pPi(3)a. (a)(b)(c)(d)b.共射極最

6、佳功率增益Gpm的計(jì)算計(jì)算前的分析思路：輸入信號(hào)源電阻與輸入電阻rb 匹配；利用電子線路中正弦穩(wěn)態(tài)下的最大功率傳遞定理；畫出共射極晶體管的等效電路圖；利用高頻下的頻率關(guān)系式求出最佳功率增益。具體計(jì)算過程：ZIvIZLT晶體管功率放大電路 i 2r共射極輸入電路中，輸入功率為：Pibb i 2 Z輸出功率為：PocL則功率增益的表達(dá)式為：2icZLGpirbb由獲得最大功率增益的條件和高頻率的條件求得：fTG8f 2r CpmbC3.(1)(2)共射極最高振蕩頻率fM定義：當(dāng)Gpm1時(shí)的信號(hào)頻率fM；fMf的表達(dá)式求解：fT2Gf8r CMpmbC2又稱功率增益帶寬積。晶體管的高頻優(yōu)值：G物理意義：f(3)(4)a.b.pm晶體管的高頻優(yōu)值僅取決于晶體管本身的參數(shù)；晶體管在fM的頻率下已經(jīng)不存在功率放大作用；2c. Gf反映晶體管高頻工作時(shí)的功率放大能力；pmd.