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1、非线性电路与系统,电子工程学院 电磁场与微波技术 主讲人： 徐锐敏 （教授）,Company name,,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,非线性固态器件模型,Company name,,非线性电路与系统,半导体材料,元素半导体（第一代）：Si，Ge，Se
2、,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,非线性固态器件模型,Company name,,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。,非线性固态器件模
3、型,Company name,,替代定理,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。,Company name,,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,替代定理,Company name,,非线性电导或电阻,非线性电路与系统,I=f（v） 而 vV0v（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,Company name,,非线性电容,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,Comp
4、any name,,肖特基势垒二极管,非线性电路与系统,Company name,,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r1/3时称为线性缓变结,肖特基势垒二极管,Company name,,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,肖特基势垒二极管,Company name,,砷化镓场效应晶体管GaAs MESFET,非线性电路与系统,源极,栅极,漏级,Company name,,非线性电路与系统,砷化镓场效应晶体管GaAs
5、 MESFET,Company name,,非线性电路与系统,GaAs MESFET 的非线性等效电路,Company name,,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）。 Ss（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,砷化镓场效应晶体管GaAs
6、 MESFET,Company name,,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 parasit
7、ic 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. 001A http:/HBT.uesd.edu.March2000,砷化镓场效应晶体管GaAs MESFET,Company name,,非线性电路与系统,热模型（温度相关）,I=f(V1,V2,V3 , Tj) 固态器件的非线性等效电路模型中，除了V1,V2,V3之外还加入了Tj（器件温度，结温）参量，它同下列条件有关：环境温度、耗散功率Pd、器件接地、散热热阻等,
