GaN HEMT功率器件的非線性行為模型建模方法研究

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1、跡＆？觀４園碩士學位論文＿參圓ＧａＮＨＥＭＴ功率器件的非線性行為模型建Ｉ模方法研究作者姓名姜飛燕學校導師姓名、職稱孫璐副教授企業(yè)導師姓名、職稱劉軍高工Ｎｌ申請學位類別工程碩士GaNHEMT功率器件的非線性行為模型建模方法研究作者姓名姜飛燕學校導師姓名、職稱孫璐副教授企業(yè)導師姓名、職稱劉軍高工申請學位類別工程碩士學校代碼10701學號1504122083分類號TN386密級公開西安電子科技大學碩士學位論文GaNHEMT功率器件的非線性行為模型建模方法研究作者姓名：姜飛燕領(lǐng)域：儀器儀表工程學位類別：工程碩士學校導師姓名、職稱：孫璐副教授

2、企業(yè)導師姓名、職稱：劉軍高工學院：機電工程學院提交日期：2018年6月ResearchontheMethodofModelingtheNonlinearBehaviorModelofGaNHEMTpowerdeviceAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinInstrumentandMeterEngineeringByJiangFeiyanSupervisor:SunLuTitle:AssociateProfessorSupe

3、rvisor:LiuJunTitle:SeniorEngineerJune2018西安電子科技大學學位論文獨創(chuàng)性（或創(chuàng)新性）聲明秉承學校嚴謹?shù)膶W風和優(yōu)良的科學道德，本人聲明所呈交的論文是我個人在導師指導下進行的研宄工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果；也不包含一為獲得西安電子科技大學或其它教育機構(gòu)的學位或證書而使用過的材料。與我同工作的同事對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。一學位論文若有不實之處，本人承擔切法律責任。飛本人簽名

4、：▲灸日期：Ｋ＿西安電子科技大學關(guān)于論文使用授權(quán)的說明：本人完全了解西安電子科技大學有關(guān)保留和使用學位論文的規(guī)定，即研究生在校攻讀學位期間論文工作的知識產(chǎn)權(quán)屬于西安電子科技大學。學校有權(quán)保留送交論文的復印件，允許查閱，、借閱論文；學校可以公布論文的全部或部分內(nèi)容允許采用影印、縮印或其它復制手段保存論文。同時本人保證，結(jié)合學位論文研究成果完成的論文、發(fā)明專利等成果，署名單位為西安電子科技大學。壟、＾：焱本人簽名：導師簽名＼．乂丨：＇．日期：評日期摘要摘要在高頻、高溫、大功率方面，GaN高電子遷移率晶體管較之其他半導體器

5、件更具優(yōu)勢，因此廣泛應用于微波電路設(shè)計。如果電路設(shè)計需要達到比較好的性能，就要求所選器件的模型比較準確，因此關(guān)于GaNHEMT器件的小信號及大信號建模成為當下的研究熱點。傳統(tǒng)的14元件小信號模型（即由14個電路元件組成的等效電路模型）在高頻條件下存在較大的誤差，而20元件或者22元件模型由于元件數(shù)量較多，提參比較困難，因此本文綜合考慮，在14元件模型的基礎(chǔ)上增加了寄生電容建立了16元件小信號模型。文中針對型號為CGH40010F的GaNHEMT器件，首先進行了小信號建模。通過比較兩種參數(shù)提取方法的優(yōu)劣，使用分步提取法獲得模型參數(shù)，分別提取與偏置電壓沒有關(guān)系的寄生參數(shù)以及

6、與偏置電壓大小有關(guān)的本征參數(shù)。將得到的元件參數(shù)代入ADS的16元件模型電路原理圖中進行仿真優(yōu)化，得到了最終的小信號模型。最后通過比較測試數(shù)據(jù)與模型仿真數(shù)據(jù)的誤差驗證了模型的準確性。說明了建立的16元件模型可以準確地反映器件的小信號特性。小信號模型的建立是基于S參數(shù)測試數(shù)據(jù)的，但是隨著研究的深入，研究者們發(fā)現(xiàn)在描述器件大信號特性的時候，S參數(shù)不能正確反映器件或網(wǎng)絡(luò)的電路特性，由此提出了X參數(shù)以及X參數(shù)行為模型。國內(nèi)針對X參數(shù)的建模工作開展的比較晚，更多的是關(guān)于X參數(shù)行為模型理論的研究以及算法的改進，因此根據(jù)器件的實際工作特性建立可以表征大信號工作特性的X參數(shù)行為模型很有價

7、值。文中對X參數(shù)行為模型其數(shù)學公式進行了推導，具體闡述了模型中具體的X參數(shù)項的物理意義。X參數(shù)提取主要有兩種方法：非線性矢網(wǎng)測試以及ADS軟件中的X參數(shù)生產(chǎn)器。根據(jù)現(xiàn)有的實驗條件，本文利用ADS獲得器件的X參數(shù)。因為數(shù)據(jù)量比較大，為了提高模型精度，文中結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模的知識，以輸入信號功率、頻率、偏置電壓作為網(wǎng)絡(luò)輸入，X參數(shù)項為網(wǎng)絡(luò)輸出，利用MATLAB建立了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的微波器件X參數(shù)模型。最后將建立的X參數(shù)模型導入Simulink中進行模型的驗證，通過比較模型輸出和測試數(shù)據(jù)的誤差證明了所建模型的準確性。本文針對GaNHEMT器件建立了