【正文】 體管就沒(méi)有電流放大作用了。例如，設(shè)晶體管的 1000?? ，當(dāng) ff??時(shí)， 20 ?? ??，所以 f?并不能反映實(shí)際晶體管的使用頻率極限。此時(shí) ? 的分貝值下降 3dB。此時(shí) ? 的分貝值下降 3dB。 電流放大系數(shù)的分貝（ dB）值定義為 ?? lg20)( ?分貝 ?? lg20)( ?分貝 從圖可以看出，在低頻范圍內(nèi)，電流放大系數(shù)等于低頻時(shí)的 ?0 （或 ?0 ），而當(dāng)頻率進(jìn)一步升高時(shí)，它們就開(kāi)始下降。對(duì)于共發(fā)射極接法通常用 ?0 表示；對(duì)于共基極接法通常用 ?0 表示。 第二章 雙極結(jié)型晶體管 22 （ 2）截止頻率 f? 當(dāng)頻率升高到 ff??時(shí)， ? 下降到低頻或直流值 ?0 的 2/1 ，這時(shí)的頻率 f?稱(chēng)為共發(fā)射極截止頻率，其值近似為 )(2 1 CDBE00 ??????? ?? ????? ff 一般晶體管的 ?0 是比較大的，可見(jiàn)，共射極電流增益截止頻率比共基極電流增益截止頻率低得多，即 ff????，這也說(shuō)明共基極晶體管放大器的帶寬（即截止頻率）比共射極晶體管放大器的帶寬大得多。 3．共發(fā)射極交流放大系數(shù)及其截止頻率 （ 1）交流放大系數(shù) ? 共發(fā)射極交流電流放大系數(shù) ? 定義為： 在共發(fā)射極運(yùn)用時(shí)，集電極交流短路（ C 和E 間交流短路），集電極輸出交流電流 ic 與基極輸入交流電流 ib 之比，即 )0( CEbc ?? Vii? 由 關(guān)系式 iii bce ?? 可得 ??? eeec ecce cbc 1/1 / ??????? ii iiii iii 其中， )0(CEece ?? Vii?，它與共基極小信號(hào)電流增益 ? 不同，其差別在于： ? 要求 C、B 間交流短路， ?e 為 C、 E 間交流短路。 第二章 雙極結(jié)型晶體管 21 （ 2）截止頻率 f? 上面分析表明，電流放大系數(shù)的幅值隨頻率升高而下降，相位滯后則隨頻率升高而增大。因此，造成電流增益隨頻率升高而下降。 綜上分析可以看到，與直流電流傳輸情況相比，在交流小信號(hào)電流的傳輸過(guò)程中，增加了 4個(gè)信號(hào)電流的損失途徑： ① 發(fā)射結(jié)發(fā)射過(guò)程中的勢(shì)壘電容充放電電流； ② 基區(qū)輸運(yùn)過(guò)程中擴(kuò)散電容的充放電電流； ③ 集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)渡越過(guò)程中的衰減； ④ 集電區(qū)輸運(yùn)過(guò)程中對(duì)集電結(jié)勢(shì)壘電容的充放電電流。因此，在到達(dá)集電區(qū)邊界的電流中需要分出一部分電子電流對(duì)集電結(jié)勢(shì)壘電容充放電，形成分電流，同時(shí)，基極也提供相應(yīng)大小的空穴流充電，故分電流形成了基極 電流的一部分。設(shè)集電結(jié)空間電荷區(qū)寬度為 xm ，則載流子渡越集電結(jié)空間電荷區(qū)的時(shí)間為 vxsmD?? 4）集電區(qū)傳輸過(guò)程 到達(dá)集電區(qū)邊界的電流并不能全部經(jīng)集電區(qū)輸運(yùn)而形成集電極電流 ic ，這是因?yàn)榻蛔冸娏髟谕ㄟ^(guò)集電區(qū)時(shí)，會(huì)在體電阻上產(chǎn)生一個(gè)交變的電壓降。 由于反偏集電結(jié)空間電荷區(qū)電場(chǎng)一般很強(qiáng)，當(dāng)空間電荷區(qū)電場(chǎng)超過(guò)臨界電場(chǎng)強(qiáng)度cm/V104 時(shí)，載流子速度就達(dá)到飽和，載流子將以極限速度（飽和速度） vs 穿過(guò)空間電第二章 雙極結(jié)型晶體管 20 荷區(qū)。但是，對(duì)于交流信號(hào)，特別是信號(hào)頻率較高以致集電結(jié)勢(shì)壘渡越時(shí)間 ?D “可與信號(hào)周期相比擬時(shí)”，就必須考慮集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)的渡越過(guò)程了。假設(shè)基區(qū)中 x 處，注入少子電子的濃度為 )(Bxn ，以速度 )(xv 穿越基區(qū)，形成的電流為 )()()( BnB xvxnAqxI ? 載流子穿越基區(qū)的時(shí)間為（注意 txvx d)(d ? ） xx xI xnAqxx xv d)( )(d)(1 BB 0 nB B0B ?? ??? 通常有基區(qū)寬度 Lx nBB?? ，所以有 ???????? ??????????? xxTk Vqnxn BB E0BB 1e xp)( ?????????? Tk Vqx nDqAIxI B EB 0BnBnEnB e xp)( 代入上式有 Dxxxxx Dx nB2BB0 nBBB 2d1B ????????? ?? ?? 3）集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)渡越過(guò)程 在直流電流傳輸過(guò)程中，由基區(qū)輸運(yùn)到集電結(jié)邊界的電子流，被反偏集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)內(nèi)的強(qiáng)電場(chǎng)全部拉向集電區(qū)，并且穿過(guò)勢(shì)壘區(qū)的時(shí)間很短。因此，到達(dá)集電結(jié)的有用電子電流減小，即基區(qū)輸運(yùn)系數(shù) ?*T 下降。因此，注入到基區(qū)的電子，除一部分消耗于基區(qū)復(fù)合而形成復(fù)合電流 iVB 外，還有一部分電子用于增加基區(qū)電荷積累，即相當(dāng)于對(duì)擴(kuò)散電容的充電。 第二章 雙極結(jié)型晶體管 19 2）基區(qū)輸運(yùn)過(guò)程 當(dāng)發(fā)射極輸入交變信號(hào)時(shí)，除發(fā) 射結(jié)勢(shì)壘區(qū)寬度隨信號(hào)變化外，基區(qū)積累電荷量也將隨之變化。 設(shè)發(fā)射結(jié)勢(shì)壘電容充放電時(shí)間常數(shù)為 ?E ，稱(chēng)為發(fā)射極延遲時(shí)間。發(fā)射極電流中的一部分電子通過(guò) 對(duì)勢(shì)壘電容的充分電，轉(zhuǎn)換成基極電流的一部分，造成電子流向集電極傳輸過(guò)程中比直流時(shí)多出一部分損失，使發(fā)射效率 ? 降低。 對(duì)于交流小信號(hào)電流，其傳輸過(guò)程與直流情況有很大不同，一些被忽略的因素開(kāi)始起作用了，這些因素主要有 4個(gè)：① 發(fā)射結(jié)勢(shì)壘電容充放電效應(yīng)；② 基區(qū)電荷存儲(chǔ)效應(yīng)（或發(fā)射結(jié)擴(kuò)散電容充放電效應(yīng)）；③ 集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)渡越過(guò)程；④ 集電結(jié)勢(shì)壘電容充放電效應(yīng)。 （ 2）交流小信號(hào)傳輸過(guò)程 直流電流在晶體管內(nèi)部的傳輸過(guò)程是：發(fā)射極電流由發(fā)射結(jié)注入到基區(qū)，通過(guò)基區(qū)輸運(yùn)到集電結(jié)，被集電結(jié)收集形成集電極輸出電流。顯然，完成上述的傳輸，必然要消耗掉部分電流，也需要一定的時(shí)間。交流信號(hào)頻率越高，單位時(shí)間內(nèi)用于再分布的電荷也越多，即消耗的電流也越大， ic 則越小，這就是高頻時(shí)電流放大系數(shù)下降的 原因。 如圖所示，高頻時(shí)輸出電流 ic 明顯比輸入 ie 小，也就是電流放大系數(shù) ? 下降了，同時(shí)也發(fā)生了相移，為什么會(huì)有如此現(xiàn)象呢？ 晶體管工作在高頻狀態(tài)時(shí)，電流放大系數(shù)將下降且產(chǎn)生相移，主要是晶體管中載流子的分布情況隨交流信號(hào)而變化引起的。 1．晶體管交流特性和交流小信號(hào)傳輸過(guò)程 （ 1）頻率對(duì)晶體管電流放大系數(shù)的影響 在使用晶體管時(shí)，常常會(huì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)工作頻率較低時(shí)，晶體管的放大作用比較正常，電流放大系數(shù)基本上不因工作頻率而改變。 167。當(dāng) IB 增加時(shí)，集電極電流 IC 按 IB0? 的規(guī)律增加，而且 VCE 增大，晶體管的基區(qū)寬度減小，電流放大系數(shù) ?0 增大，特性曲線微微向上傾斜。 （ a）輸入特性曲線 （ b）輸出特性曲線 （ 2）輸出特性曲線 固定不同的 IB ，改變 VCE ，測(cè)量 IC ，可得出一族 VI CEC? 曲線，稱(chēng)為共發(fā)射極輸出特性曲線，如圖（ b）所示。第二章 雙極結(jié)型晶體管 17 即在同樣的 VBE 下， VCE 越大， IB 越小。 當(dāng) VCE 增加時(shí)，由于基區(qū)寬度減小。 RB 為基極串聯(lián)電阻，用以控制VCB 或 IB 。要使集電極電流減小到零，必須在集電結(jié)上加一個(gè)小的正向偏壓，使基區(qū)中少子濃度梯度接近于零。 從輸出特性曲線可見(jiàn)，在 0CB?V 時(shí)， II EC? （因?yàn)?II E0C ?? ， 10?? ），而且基本與 VCB 無(wú)關(guān)。所以，輸入特性曲線隨著 VCB 的增大而左移。 從圖可以看出，在同樣的 VBE 下， IE 隨著 VCB 增大而增大，這是因?yàn)榧姌O空間電荷區(qū)寬度隨著 VCB 的增大而增加，因而有效基區(qū)寬度減小，使得在同樣 VEB 下，基區(qū)少子濃度梯度增大，所以 IE 增大。 VBE 為基極對(duì)發(fā)射極之間的電壓，VCB 為基極對(duì)集電極之間的電壓降， RE 為發(fā)射極串聯(lián)電阻，用以控制和調(diào)節(jié) IC 或 VBE 。不同接法的晶體管，其特性曲線是不同的，但是不同接法的特性曲線之間是 有聯(lián)系的。晶體管的三個(gè)極端，共有 4個(gè)參數(shù)：輸入電流、輸入電壓、輸出電流和輸出電壓。 167。在小電流和大電流下， ?0 都會(huì)下降。所以，電流放大系數(shù)隨溫度上升而增加。但是，少子壽命隨溫度的增大超過(guò)擴(kuò)散系數(shù)的減小，所以基區(qū)擴(kuò)散長(zhǎng)度 LpB第二章 雙極結(jié)型晶體管 15 隨溫度上升而增加，從而 ?T 隨溫度上升而增加。而根據(jù)愛(ài)因斯坦關(guān)系，擴(kuò)散系數(shù)卻隨溫度上升而增大，發(fā)射區(qū)少子壽命也隨溫度上升而增加，所以，發(fā)射區(qū)擴(kuò)散長(zhǎng)度 ?nEnEpE DL ? 隨溫度上升而增長(zhǎng)，使 ?0 提高。當(dāng)溫度升高時(shí)， ?0 增加，主要原因是： ① 發(fā)射區(qū)總是重?fù)诫s的，在重?fù)诫s下禁帶變窄，使注射效率 ?0 隨溫度升高而增大。因?yàn)? ????????? TTT0 T0000 111 ?????? （ ?0 非常接近于 1） 12 2B2nB?? xL （ Lx 2nB2BT 21??? ） 所以， 當(dāng) 集電結(jié)反向偏壓增加時(shí)，集電結(jié)空間電荷加寬，使有效基區(qū)寬度 xB 減小， xB 減小使 ?0 增加 。但是，在發(fā)射極電流較小時(shí)表面復(fù)合的影響還是 比較大的。所以，在制造合金晶體管時(shí)，必須對(duì)管芯進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚恚ɡ珉娊飧g等），以減小 s。 要減少基區(qū)表面復(fù)合的影響，就要減小基區(qū)表面復(fù)合電流 ISB 。 第二章 雙極結(jié)型晶體管 14 （ 3）基區(qū)表面復(fù)合的影響 在前面推導(dǎo)電流放大系數(shù)的過(guò)程中，只考慮了電子在基區(qū)的體內(nèi)復(fù)合。所以，往往通過(guò)提高發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度 NE 來(lái)提高發(fā)射效率。 （ 2）發(fā)射區(qū)重?fù)诫s的影響 在前面的分析中知道，要提高晶體管的發(fā)射效率，必須降低基區(qū)雜質(zhì)濃度，提高發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度。 減小 Irg 的途徑是盡可能減小空間電荷區(qū)中的復(fù)合中心。由于發(fā)射結(jié)空間電荷區(qū)的復(fù)合作用，使電子從發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)前，已有一部分在空間電荷區(qū)和空穴復(fù)合而轉(zhuǎn)換為空穴電流 Irg ，變?yōu)榛鶚O電流的一部分。 6．影響晶體管直流電流放大系數(shù)的因素 （ 1）發(fā)射結(jié)空間電荷區(qū)復(fù)合的影響 前面討論中，認(rèn)為通過(guò)發(fā)射結(jié)的電子電流和空穴電流在流過(guò)空間電荷區(qū)前后保持不變。其中 xB 的影響最為顯著。 （ 3）電流放大系數(shù) 1） ?0 表達(dá)式 ??? T0nEnCEnEnECEnEEC0 ?????? IIIIIIIIII ???????? ??? LxLx 2nB2BpEBBE 2111?? 第二章 雙極結(jié)型晶體管 13 由于通常 12 2nB2B ??Lx， 1pEBBE ??Lx?? ，所以對(duì)上式展開(kāi)并整理后，可近似得到 LxLxLxLx 2nB2BpEBBE2nB2BpEBBE0 21211 ??????????? ????????? ?? ????? 2） ?0 表達(dá)式 由定義可知，???? 0000 1 11 ????，所以有 LxLx 2nB2BpEBBE00 211 ???? ???? 從上式可以看出： ?0 和 ?0 是由晶體管的結(jié)構(gòu)（ xB ）和材料性質(zhì)（ ?E 、 ?B 和 LnB ）決定的，而與外電路無(wú)關(guān)。 2） 基區(qū)輸運(yùn)系數(shù) ?T 基區(qū)輸運(yùn)系數(shù) ?T 定義為到達(dá)集電結(jié)的電子電流 InC 與注入基區(qū)的電子電流 InE 的比值，即 III IIII nEVBnE nCnEnEnCT 11 ??????? ① 又因?yàn)椋ㄗ⒁獾??nBnB2nB DL ? ） ?????? ??????????? 1e xp2 B EnB 0BBVB Tk VqnxqAI ? ?????? ??????????? 1e xp2 B E2nB 0BnBB Tk VqL nDxqA ?????? ??????????? 1e xp B EB 0BnBnE Tk Vqx nDqAI 代入①式可得 Lx 2nB2BT 21??? 上式表明： 基區(qū)寬度（ xB? ）與基區(qū)少子電子擴(kuò)散長(zhǎng)度 LnB 之比越小， ?T 越大。 1）發(fā)射效率 ?0 發(fā)射效率 ?0 定義為注入基區(qū)的電子電流 InE 與發(fā)射極電流 IE 的比值，即 IIII IIInEpEpEnEnEEnE011?????? 由 IpE 和 InE 的表達(dá)式可得 LxnpLn xpDDII pEB0EnB 0BpEpE0B B0EnBpEnEpE ???? ?? 其中用到關(guān)系式 npnpn 2i0E0E0B0B ?? ， ?pEBpE qTkD ?， ?nBBnB qTkD ?， ?pE → 發(fā)射區(qū)空穴第二章 雙極結(jié)型晶體管 12 遷移率， ?nB → 基區(qū) 電子遷移率。 那么 IC 為什么總是小于 IE 呢？主要原因在于發(fā)射極發(fā)射的電子在傳輸?shù)郊姌O的過(guò)程中，有兩個(gè)階段電 子會(huì)損失：① 一是發(fā)射區(qū)的電子與來(lái)自基區(qū)的少子空穴的復(fù)合損失，該復(fù)合形成了空穴電流 IpE ；② 一是電子在穿越基區(qū)往集電結(jié)擴(kuò)散的過(guò)程中，與基區(qū)中空穴的復(fù)合損失，形成體內(nèi)復(fù)合電流 IVB 。晶體管（對(duì)于 NPN 晶體管）要具有放大能力，必須滿足下列條件： ① 發(fā)射區(qū)高摻雜，能發(fā)射大量的電子； ② 基區(qū)低摻雜且基區(qū)寬度很窄，減少電子的復(fù)合損失； ③ 晶體管處于正向有源工作模式下，即：發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射電子；集電結(jié)反偏，收集電子。 第二章 雙極結(jié)型晶體管 11 3） ?0 與 ?0 的關(guān)系 根據(jù) III C