場效應(yīng)晶體管的大信號模型研究.pdf

1、在無線及微波電路的設(shè)計中，各種III-V族化合物半導體場效應(yīng)晶體管(FET)器件被廣泛應(yīng)用到各種大信號電路的實現(xiàn)中，如功率放大器、振蕩器、乘法器等。盡管微波及射頻電路的復雜程度在繼續(xù)增加，迫于縮短設(shè)計周期和降低成本等因素，設(shè)計人員往往借助于計算機輔助設(shè)計(CAD)進行電路的仿真和驗證。在一個基于 CAD的設(shè)計流程中，我們需要一種在設(shè)計工具中可實現(xiàn)的準確而有效的模型，這是極為重要的。而晶體管往往是微波及射頻電路中最重要、特性最復雜的非線性

2、器件。因此，晶體管模型的優(yōu)劣對于最終所設(shè)計的電路和系統(tǒng)的性能起著至關(guān)重要的作用。本文著重討論III-V族場效應(yīng)晶體管的大信號建模問題。
　　論文首先介紹了 FET技術(shù)及其模型發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀和趨勢，重點總結(jié)了晶體管大信號模型的不同建模方法。其次通過對模型開發(fā)和參數(shù)提取的簡要分析，初步得到了晶體管模型的建立過程，及其在電路CAD中的應(yīng)用。
　　在對 FET基本工作原理的介紹之后，第二章分析了基于測量數(shù)據(jù)的場效應(yīng)晶體管經(jīng)驗模型建

3、立步驟和所需要的條件。首先介紹了不同的測量方法，如電流-電壓(I-V)測試，小信號 S參數(shù)測試，大信號功率測試及驗證等。然后以場效應(yīng)晶體管小信號等效電路模型作為基礎(chǔ)，進一步得出了其對應(yīng)的大信號模型的非線性部分。
　　第三章從具體的基于解析式的模型公式出發(fā)，提出了改進的 III-V族化合物半導體場效應(yīng)晶體管的大信號等效電路模型及其參數(shù)提取流程。通過對模型進行不同的參數(shù)設(shè)置和模型公式的應(yīng)用，使得其能夠適用于具有不同特性的晶體管。并對當

4、前不同類型和大小的 FET器件的測量結(jié)果進行參數(shù)擬合，驗證了模型的通用性。
　　為了完整表述晶體管的各種特性，第四章在所改進的等效電路模型的基礎(chǔ)上，進一步引入了對 FET熱效應(yīng)和陷阱效應(yīng)的建模和驗證。新的模型參數(shù)被加入到原有的大信號模型公式中，并通過系統(tǒng)的測量和建模方法對這些新的參數(shù)分別進行提取。
　　第五章對所建立的完整的大信號晶體管等效電路模型進行了驗證。首先將該模型引入到CAD軟件中，并通過對不同類型的FET進行小信號

5、S參數(shù)、大信號功率掃描、以及雙音交叉調(diào)制(IMD)等測試，與仿真結(jié)果進行比較并得到進一步驗證。
　　此外，由于模型最終要被應(yīng)用到電路設(shè)計中，而不同的射頻及微波電路對于晶體管模型的要求和其復雜程度并不相同。所以第六章進行了一些特定應(yīng)用范圍的晶體管模型的研究。具體包括適合于交叉調(diào)制分析的大信號 FET模型和適合于開關(guān)類功率放大器設(shè)計的大信號 FET模型。并對最近發(fā)展的開關(guān)類功放的理論進行深入研究，運用所建立的適用于開關(guān)類功放的晶體管大