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1、3.8電流放大系數(shù)與頻率的關(guān)系對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行放大時(shí),首先用被稱為“偏置”或“工作點(diǎn)”的直流電壓或直流電流使晶體管工作在放大區(qū),然后把欲放大的高頻信號(hào)疊加在輸入端的直流偏置上。當(dāng)信號(hào)電壓的振幅遠(yuǎn)小于(kT/q)時(shí),稱為小信號(hào)。這時(shí)晶體管內(nèi)與信號(hào)有關(guān)的各電壓、電流和電荷量,都由直流偏置和高頻小信號(hào)兩部分組成,其高頻小信號(hào)的振幅都遠(yuǎn)小于相應(yīng)的直流偏置。各高頻小信號(hào)電量之間近似地成線性關(guān)系。電流、電壓和電荷量的符號(hào)(以基極電流為例)總瞬時(shí)值:其中的直流分量:其中的高頻小信號(hào)分量:高頻小信號(hào)的振幅:由于各小信號(hào)電量的振幅
2、都遠(yuǎn)小于相應(yīng)的直流偏置,而且是疊加在直流偏置上的,所以可將小信號(hào)作為總瞬時(shí)值的微分來(lái)處理。仍以基極電流為例,即:或隨著信號(hào)頻率f的提高,和的幅度會(huì)減小,相角會(huì)滯后。以分別代表高頻小信號(hào)的發(fā)射結(jié)注入效率、基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)、共基極和共發(fā)射極電流放大系數(shù),它們都是復(fù)數(shù)。對(duì)極低的頻率或直流小信號(hào),即當(dāng)ω→0時(shí),它們分別成為。以PNP管為例,高頻小信號(hào)電流從流入發(fā)射極的ie到流出集電極的ic,會(huì)發(fā)生如下變化:ieipeipcipccicieicCTECDECTC3.8.1高頻小信號(hào)電流在晶體管中的變化3.8.2基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)與
3、頻率的關(guān)系1、高頻小信號(hào)基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)的定義基區(qū)中到達(dá)集電結(jié)的少子電流的高頻小信號(hào)分量ipc與從發(fā)射結(jié)注入基區(qū)的少子形成的高頻小信號(hào)電流分量ipe之比,稱為高頻小信號(hào)基區(qū)輸運(yùn)系數(shù),記為,即:基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)隨頻率的變化主要由少子的基區(qū)渡越時(shí)間所引起。(1)復(fù)合損失使的物理意義:基區(qū)中單位時(shí)間內(nèi)的復(fù)合率為,少子在渡越時(shí)間?b內(nèi)的復(fù)合率為,因此到達(dá)集電結(jié)的未復(fù)合少子占進(jìn)入基區(qū)少子總數(shù),這就是。這種損失對(duì)直流與高頻信號(hào)都是相同的。2、基區(qū)渡越時(shí)間的作用(2)時(shí)間延遲使相位滯后對(duì)角頻率為ω的高頻信號(hào),集電結(jié)處的信號(hào)比發(fā)射結(jié)處
4、在相位上滯后ω?b,因此在的表達(dá)式中應(yīng)含有因子。(3)渡越時(shí)間的分散使減小已知在直流時(shí),,現(xiàn)假定上述關(guān)系也適用于高頻小信號(hào),即:3、由電荷控制法求高頻小信號(hào)空穴電流的電荷控制方程為當(dāng)暫不考慮復(fù)合損失時(shí),可先略去復(fù)合項(xiàng)。基區(qū)ipeipc代入略去 后的空穴電荷控制方程中,得:再將復(fù)合損失考慮進(jìn)去,得:上式可改寫(xiě)為一般情況下,得:式中, 代表復(fù)合損失, 代表相位的滯后,代表?b的分散使的減小。4、在復(fù)平面上的表示△OPA與△OAB相似,因此,可見(jiàn),半圓上P點(diǎn)的軌跡就是。由于采用了的假設(shè)而使的表達(dá)式不夠精確,因
5、為這個(gè)假設(shè)是從直流情況下直接推廣而來(lái)的。但是在交流情況下,從發(fā)射結(jié)注入基區(qū)的少子電荷qb,要延遲一段時(shí)間后才會(huì)在集電結(jié)產(chǎn)生集電極電流ipc。計(jì)算表明,這段延遲時(shí)間為,m稱為超相移因子,或剩余相因子,可表為5、延遲時(shí)間對(duì)于均勻基區(qū),η=0,m=0.22。這樣,雖然少子在基區(qū)內(nèi)持續(xù)的平均時(shí)間是?b,但是只有其中的時(shí)間才對(duì)ipc有貢獻(xiàn),因此ipc的表達(dá)式應(yīng)當(dāng)改為延遲時(shí)間同時(shí)要增加一個(gè)延遲因子。準(zhǔn)確的表達(dá)式應(yīng)為6、基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)的準(zhǔn)確式子定義:當(dāng) 下降到 時(shí)的角頻率與頻率分別稱為輸運(yùn)系數(shù)的截止角頻率與截止頻率,記為與
6、。當(dāng) 時(shí),上式可表為于是又可表為因子使點(diǎn)P還須再轉(zhuǎn)一個(gè)相角 后到達(dá)點(diǎn)P’,得到的的軌跡,才是的軌跡。輸運(yùn)系數(shù)的準(zhǔn)確式子在復(fù)平面上的表示準(zhǔn)確式中的因子 的軌跡仍是半圓P,但另一個(gè)3.8.3高頻小信號(hào)電流放大系數(shù)1、發(fā)射結(jié)勢(shì)壘電容充放電時(shí)間常數(shù)由發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的少子形成的電流中的高頻小信號(hào)分量ipe與發(fā)射極電流中的高頻小信號(hào)分量ie之比,稱為高頻小信號(hào)注入效率,記為,即:當(dāng)不考慮擴(kuò)散電容與寄生參數(shù)時(shí),PN結(jié)的交流小信號(hào)等效電路是發(fā)射極增量電阻與電容CTE的并聯(lián)。iereCTEeb流過(guò)電阻re的電流為流過(guò)
7、電容CTE的電流為iectier因此暫不考慮從基區(qū)注入發(fā)射區(qū)形成的ine(即假設(shè))時(shí),再計(jì)入的作用后,得:式中,,稱為發(fā)射結(jié)勢(shì)壘電容充放電時(shí)間常數(shù)。2、發(fā)射結(jié)擴(kuò)散電容充放電時(shí)間常數(shù)本小節(jié)從CDE的角度來(lái)推導(dǎo)(近似式)。假設(shè) 即 代入CDE,得:WBx0QBQEqb=dQBqe=dQE流過(guò)電阻re的電流為當(dāng)不考慮勢(shì)壘電容與寄生參數(shù)時(shí),PN結(jié)的交流小信號(hào)等效電路是發(fā)射極增量電阻與電容CDE的并聯(lián)。流過(guò)電容CDE的電流為ieipeipcreCDEebiecdier因此式中,再計(jì)入復(fù)合損失后得:這與不含
8、超相移因子的的近似式完全一致。暫不考慮基區(qū)復(fù)合損失時(shí),3、集電結(jié)耗盡區(qū)延遲時(shí)間當(dāng)基區(qū)少子進(jìn)入集電結(jié)耗盡區(qū)后,在其中強(qiáng)電場(chǎng)的作用下以飽和速度vmax作漂移運(yùn)動(dòng),通過(guò)寬度為xdc的耗盡區(qū)所需的時(shí)間為當(dāng)空穴進(jìn)入耗盡區(qū)后,會(huì)改變其中的空間電荷分布,從而改變電場(chǎng)分布和電位分布,這又會(huì)反過(guò)來(lái)影響電流。這里采用一個(gè)簡(jiǎn)化的模型來(lái)表示這種影響。設(shè)電荷量為qc的基區(qū)少子(空穴)進(jìn)入集電結(jié)耗盡區(qū)后,在它通過(guò)