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

　　二极管的截止频率：

　　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，其阻抗下降；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电阻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。