特征頻率,特征頻率是什么意思

（1）基本概念：

　　
　　在給定的發(fā)射中由于識(shí)別和測(cè)量頻率，例如載波頻率可被指定為特征頻率。
　　對(duì)于元器件而言，特征頻率是指其主要功能下降到不好使用時(shí)的一種截止頻率。例如，對(duì)于用作為放大的有源器件——雙極型晶體管以及場(chǎng)效應(yīng)晶體管而言，特征頻率就是指其電流放大系數(shù)下降到1時(shí)的頻率，這是共發(fā)射極組態(tài)作為放大使用的截止頻率。對(duì)于用作為檢波、開關(guān)等的無源二極管而言，其特征頻率就是指其阻抗下降到很小、不能吸收信號(hào)功率時(shí)的頻率，這時(shí)的截止頻率也就是其特征頻率。
　　
（2）雙極型晶體管的特征頻率：

　　
　　BJT的特征頻率ft就是其共發(fā)射極組態(tài)的電流放大系數(shù)大小│β│下降到1時(shí)的頻率，又稱為晶體管的增益-帶寬乘積。若βo是低頻時(shí)的電流放大系數(shù)，fβ是所謂β截止頻率，則在 f >> fβ 時(shí)可有│β│f = βo fβ = ft 。因此，只要在高于fβ的頻率下測(cè)得│β│, 就可以得到ft 。
　　BJT的特征頻率ft可用電子從發(fā)射極到集電極之間的有效渡越時(shí)間τec來表示為：ft = (2 π τec)-1 ，式中τec =τE +τB +τD +τC，τE = ( kT/q Ic ) CjE 是發(fā)射結(jié)的充電時(shí)間，τB ≈τF 是電子渡越中性基區(qū)的時(shí)間，τF是移走基區(qū)和發(fā)射區(qū)中存儲(chǔ)電荷所需要的時(shí)間 (略大于τB)，τC = (kT/qIc + rc)CjC是集電結(jié)的充電時(shí)間，τD = Xdc / vs是電子以飽和漂移速度vs渡越集電結(jié)耗盡層Xdc的時(shí)間；對(duì)ft起決定作用的因素一般主要是τB ，其次是結(jié)電容(特別是集電結(jié)電容)。ft與晶體管的工作點(diǎn)有關(guān)，故在使用晶體管和測(cè)試ft時(shí)，都需要合理地選擇工作點(diǎn)。
　　提高BJT特征頻率的措施是：
　　①在ft不很高時(shí)往往是τB起主要作用，則要求減小基區(qū)寬度 (采用淺結(jié)工藝制作薄基區(qū))、增大基區(qū)電場(chǎng)因子η(提高基區(qū)中在發(fā)射結(jié)一側(cè)的摻雜濃度和提高發(fā)射區(qū)雜質(zhì)分布的陡峭度以減小阻滯場(chǎng)，但若摻雜濃度太高反而會(huì)使擴(kuò)散電子系數(shù)減小，故η一般控制在3~6之間)；
　　②在ft較高時(shí)，基區(qū)寬度必然很小，τB較短，則必須考慮τE、τD和τC 的影響，因此要求減小發(fā)射結(jié)的動(dòng)態(tài)電阻 (選用較大的集電極電流) 和勢(shì)壘電容 (減小發(fā)射結(jié)面積)、減小集電結(jié)的勢(shì)壘厚度 (可降低集電區(qū)電阻率，但要兼顧擊穿電壓)、減小集電極的串聯(lián)電阻rC (降低集電區(qū)的電阻率)和勢(shì)壘電容Cjc (減小集電結(jié)面積)。
　　
（3）場(chǎng)效應(yīng)晶體管的特征頻率：

　　
　　場(chǎng)效應(yīng)管（JFET、MESFET、HEMT）的特征頻率ft是指共源、輸出端短路、電流放大系數(shù)為1（即輸入電流=輸出電流) 時(shí)的頻率, 也稱為共源組態(tài)的增益-帶寬乘積；它主要由柵極電容Cg來決定。由簡(jiǎn)化的小信號(hào)高頻等效電路可以給出有ft = gm / 2πCg = 1 / 2π τ，即ft決定于柵極下載流子的渡越時(shí)間τ。
　　對(duì)于長(zhǎng)溝道(μ為常數(shù)) 的器件：τ = L /μEy ≈ L2 /μVds，則ft = μ Vds / 2πL ；對(duì)于短溝道(漂移速度飽和為vs) 的器件：τ = L / vsL ，則ft = vs L / 2πL。
　　若再計(jì)入寄生電容CL , 則截止頻率為 ft = gm / [2π（Cg+CL )] = (1 / 2 π τ) [1 + ( CL / Cg )]-1 。
　　提高場(chǎng)效應(yīng)晶體管ft的措施：增大跨導(dǎo)gm、減小柵電容Cg、減短溝長(zhǎng)L、增大遷移率μ或飽和漂移速度vs。
　　對(duì)HEMT（高電子遷移率晶體管），由于HEMT的控制層厚度可以制作得比較小, 則Cgs ( 即gm ) 比較大, 從而有較高的截止頻率和較快的工作速度。