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二极管和三极管的截止频率及半导体器件物理综合试题的解答

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标签:半导体(7563)二极管(2597)三极管(1048)

  的截止频率:

  对于 pn 结二极管和肖特基二极管,由于存在势垒电容,所以随着信号频率的增高,其下降;当阻抗的大小降低到不能吸收或只能吸收很少的信号能量时,该二极管即达到了最高的工作频率——截止频率。作为确定截止频率的标准,可以采用二极管串联所消耗的能量来比较,即当“二极管高频阻抗的大小=串联电阻”时,对应的频率即为截止频率 fT。 fT 的高低与势垒电容 Cj 有关,还决定于二极管的高频电阻 rd 和串联电阻 rs 的相对大小:如果 rs 很小(rs 《《 rd),则 fT 最高,为 fT = 1/( 2πCj rs );相反,如果 rd 很小(rs 》》 rd),则 fT 最低,为 fT = 1/(2πCj rd)。

  三极管的截止频率: 不管是 BJT 还是 FET,它们的截止频率(特征频率)fT 都是根据同样的原理来确定的。与二极管一样,由于存在电容效应(对于 BJT,除了势垒电容以外,还有少数载流子渡越基区的影响——扩散电容效应),所以随着信号频率的增高,它们的输入阻抗下降,使得输出信号电流越来越小,当输出信号电流降低到等于输入信号电流(即电流增益 b=1)时,对应的信号频率即为器件的截止频率 fT。

  BJT 的 fT 主要决定于四个时间常数,即发射结电容的充放电时间、基区渡越时间、集电结势垒区的渡越时间以及集电结电容的充放电时间。为了提高 fT,就需要降低这四个时间常数。一般的 BJT,决定 fT 的主要因素是少数载流子的基区渡越时间;对于高频 BJT,其它的时间常数将起作用;对于高电压 BJT,集电结势垒区的渡越时间将起到较大的作用。

  FET 的 fT 与跨导成正比、与输入电容成反比,当然与沟道长度有很大的关系(长沟道时,与沟道长度的平方成反比;短沟道时,与沟道长度成反比)。为了提高 fT,就需要增大跨导和降低输入电容。采用电流饱和区(沟道夹断态)来进行放大,跨导较大;采用差分对放大器,或者采用达林顿放大器,输入电容可以减小差不多一半。这些措施都将有利于提高 fT。

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