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近些年来,随着科学技术的快速发展,人们对于晶体管在高温、大功率、抗辐射和高频率等方面的性能提出了越来越高的要求。而GaN HEMT作为第三代半导体材料器件,正是由于其在高频、高温、大功率等方面的优越性能,才使其逐渐的成为了当前研究的热点。然而,尽管GaN HEMT器件目前已经逐渐成为了行业的主流,但在功率放大电路的设计软件中,却并没有较为准确的GaN HEMT器件模型用于模拟仿真,所以对于GaN HEMT器件模型的研究变得越来越迫切。本文围绕GaN HEMT器件的大信号等效电路模型进行相应的研究,通过分析GaN HEMT大信号等效电路中的非线性元件,将GaN HEMT非线性元件模型分为非线性I-V模型和非线性C-V模型两个部分进行研究和探讨。本文在对GaN HEMT器件的内部结构和工作原理进行了详细的探讨分析后,又针对GaN HEMT器件的大信号等效电路模型进行了相应的研究,并简要介绍了几种常见的非线性模型。其中,在对GaN HEMT器件多种非线性模型的对比分析中,本文针对GaN HEMT大信号等效电路中的非线性电流源ds和非线性电容gs和gd进行研究,并选择了Angelov非线性I-V模型对非线性直流模型进行研究,选择了Curtice非线性C-V模型对非线性电容模型进行研究。在研究过程中发现,本文选用的Angelov模型在对非线性I-V特性研究中,虽然能够很好的描述器件的直流特性趋势,但并不能达到较高的精度。在对GaN HEMT器件的结构和工作原理进行详细的分析和探讨,并结合其他资料分析后,本文确定了影响非线性模型精确性的主要因素是器件的自热效应。在将影响GaN HEMT器件非线性模型精确性的因素归结为器件的自热效应后,本文尝试在Angelov非线性I-V模型的经验公式中,添加温度修正因子来改善由于器件自热效应所带来的影响。在非线性C-V模型的改进公式中,同样参考了器件自热效应的影响,在对非线性C-V模型的经验公式改进后,通过对比原始拟合效果图和改进后的拟合效果图,得出改进型非线性模型精度较高的结论,并由此最终实现了非线性C-V模型精确度的提高。最后,本文在对功率放大器的基本理论进行简单的介绍说明后,利用CREE公司的GaN基高电子迁移率晶体管CGH40010F设计制作,并调试了一款中心频率5.8GHz,单管输出功率达到5W,效率达到60%左右的功率放大器。