用于识别和测量给定发射中的频率,例如载波频率可以指定为特征频率。 对组件而言,特征频率是指其主要功能下降到不易使用时的截止频率。例如,对于用作放大的有源装置1-双极晶体管和场效应晶体管,特征频率是指电流放大系数下降到1时的频率,即共发射极组态作为放大的截止频率。作为检波、开关等无源二极管,其特征频率是指当阻抗降低到非常小且无法吸收信号功率时,截止频率是其特征频率。
场效应管(JFET、MESFET、HEMT)的特征频率ft指输出端短路、电流放大系数为1(即输入电流)=输出电流时的频率,又称共源组态增益带宽乘积;它主要由栅极电容组成Cg决定。可以给出简化的小信号高频等效电路ft=gm/2mCg=1/2mT,即ft格栅极下载流子的穿越时间决定T。
对于长沟道(u常数设备:T=L/μEy~L2/μVds,则ft=uVds/2TL;短沟道(漂移速度饱和vs)的器件:T=L/vsL,则ft=vs L/2mL。若再计入寄生电容器CL,截止频率为ft=gm/[2m(Cg CL)]=(1/2TT)[1 (CL/Cg)]-1。
增大跨导gm、减小栅电容Cg、减短沟长L、增加迁移率或饱和漂移速度vs。
对HEMT(高电子迁移率晶体管)EMT控制层的厚度可以相对较小,Cgs(即gm)截止频率高,工作速度快。
BJT的特征频率ft其共发射极组态的电流放大系数|βI下降到1点的频率,也称为晶体管的增益带宽乘积。βo是低频电流放大系数,fβ是所谓β截止频率,在f>〉fβ时可有IBIf=βo fβ=ft。所以,只要高于fβ测量频率|β一、就能得到ft。
BJT的特征频率ft可用电子从发射极到集电极的有效过渡时间Tcc来表示为:ft=(2T T cc)-1,式中T cc=T E T B T D r C,TE=(kT/q Ic)CjE是发射结的充电时间,TBTF是电子穿越中性基区的时候,TF将电荷存储在基区和发射区(略大于)所需的时间TB),TC=(kT/qIc rc)CjC是集电结的充电时间,TD=Xdc/vs饱和漂移速度是电子的vs跨越集电结耗尽层Xdc的时间;对ft一般来说,决定作用的主要因素是TB,二是结电容(尤其是集电结电容)。ft与物理管的工作点有关,因此使用晶体管和测试ft工作点需要合理选择。
①在ft不太高的时候往往是TB要发挥主要作用,需要降低基区宽度(薄基区采用浅结工艺),增加基区电场因子n(为了减少阻滞场,增加发射结一侧的混合浓度和发射区杂质分布的陡峭程度,但如果混合浓度过高,扩散电子系数会降低,因此n通常控制在3~6之间);
②在ft当基区宽度较高时,必须很小,TB必须考虑较短TE、TD和TC因此,需要降低发射结的动态电阻(选择较大的集电极电流)和势垒电容(降低发射结面积),降低集电结的势垒厚度(降低集电区的电阻率,但要考虑击穿电压),降低集电极串联电阻rC(降低集电区电阻率)和势垒电容Cjc(减少集电结面积)。