非线性电路与系统(第二章).ppt

非线性电路与系统 非线性固态器件模型 非线性固态器件模型 非线性固态器件模型 替代定理 替代定理 非线性电导或电阻 非线性电容 肖特基势垒二极管 肖特基势垒二极管 肖特基势垒二极管 砷化镓场效应晶体管GaAs MESFET 砷化镓场效应晶体管GaAs MESFET 砷化镓场效应晶体管GaAs MESFET 砷化镓场效应晶体管GaAs MESFET 热模型（温度相关） Company name LOGO 电子工程学院 电磁场与微波技术 主讲人： 徐锐敏 （教授） 非线性电路与系统 微波有源器件 电真空器件 （体积大，高压，受命短，用于高功率） 半导体器件 微波二极管： 肖特基势垒二极管（混频、倍频），变容二极管（VCO），阶跃恢复二极管（倍频），PIN二极管（控制电路），耿氏Gunn二极管（振荡器），雪崩Impatt二极管（振荡器）等 微波三极管 微波二极管 微波三极管： BJT，FET，MESFET，HBT，HEMT，pHEMT等 非线性电路与系统 半导体材料 元素半导体（第一代）：Si，Ge，Se 化合物半导体（第二代）：GaAs，InP （第三代）：SiC和GaN（宽禁带）：功率高，耐高温，抗辐射，功率密度大，工作电压高 固溶半导体：Si(1-x)Gex, Ga(1-x)AlxAs, In(1-x)GaxAs(1-y)Py 非线性电路与系统 固态器件的非线性等效电路模型 线性元件（R，C，L）＋ 非线性元件（C ，R 或 G，受控源） 建模准则： 集总参数模型，采用准静态法，具体要求： （1）模型在很宽的频带内有足够的精度。 （2）在满足精度的要求下，模型越简单越好。 （3）固态器件必须能够比较容易的确定模型的有关参数。 非线性电路与系统 线性 替代定理：特性为I=f(v)的一个线性或非线性电阻元件和它特性相同的一个受控电流源等效。 非线性电路与系统 非线性 结论： 将非线性元件归结为两大类 ? 非线性电容和非线性受控电流源（或电压源）元件 非线性电路与系统 I=f（v） 而 v＝V0＋v（t） 用台劳级数在V0展开 同样可以推广到两个交流激励 的情况 非线性电路与系统 同理可得： 推广： 准线性： 式中 非线性电容两端的电荷与电压的非线性关系为 非线性电路与系统 非线性电路与系统 耗尽层宽度： 式中 －扩散电压 Nd －掺杂浓度 q－电子电荷 结电荷函数： 结电容函数： 式中 Cj0 －零偏压结电容 r一般为1/2，当r＝1/3时称为线性缓变结 非线性电路与系统 直流I/V特性表达式： 称为理想化因子，其值大于1，良好制做的二极管约为1.2 非线性电路与系统 Vds Vgs 源极 栅极 漏级 非线性电路与系统 非线性电路与系统 GaAs MESFET 的非线性等效电路 非线性电路与系统 半导体器件非线性等效电路模型种类： （1）物理基模型（纯理论方法） 由材料特性、器件结构，通过量子力学、电磁场理论求解出等效电路模型及参数。 难度极大，理想方法。 （2）经验基模型（拟合方法）。 [S]s（针对特定的电压、电流和输入功率）＋I/V（直流） 求解出等效电路中的参数 是目前最有效的、最常用的方法。 相关参考文献见下页 （3）测量法（复杂，繁琐，工作量大）。将所有可能性全部测出，然后用软件进行计算 最费时、最费力的 非线性电路与系统 经验基模型参考文献 [1] Kazuo Shirakawa etc. An approach to determing an equal circuit for HEMT. IEEE. MTT. 1995 [2] Gilles Dambrine. A new method for determing the FET small-signal equivelent circuit. IEEE. MTT 1988 [3] Julio C Coasta etc. Fast accurate on wafer extraction of parasitic resistance and inductances in GaAs MESFET and in HEMTs. IEEE MTT-S 1992 [4] I Anhot. A simple HBT Large-signal model for CAD. IEEE MTT-S 2002 [5] UCSD, Electrical Engeneering Dept. High-speed devices groop. HBT modeling. Rev. 9. 0