用Pspice模拟光电导开关的传输特性

论文摘要

光电导开关是将光电导体和超短激光脉冲相结合的一种半导体器件。它具有极其优良的特性,如响应速度快,具有皮秒或亚纳秒量级的上升时间,且寄生电感电容小,触发无晃动,高重复频率等优点,使得它在高功率超宽带脉冲产生和超快电子学等众多领域中都有着极其广阔的应用前景。然而,对于带宽高达GHz量级超短电脉冲的传输,色散和功率衰减对脉冲信号波形的影响不容忽视。而且目前人们在实验和理论分析中都将示波器作为纯电阻负载来研究光电导开关的输出电脉冲特性,这样就有失精确性。所以有必要进一步地研究光电导开关的传输特性,掌握负载对输出电脉冲影响的规律,以实现光电导开关与外电路的最优匹配。此外,在设计含有光电导开关的光电复杂系统时,为了提高可靠性,减小设计成本,缩短设计周期,对其进行模拟和仿真也是非常必要的。本文分析了光电导开关的工作原理,建立了光电导开关的等效电路,并利用Matlab软件模拟了光电导开关等效电阻的时变曲线,开关间隙与等效电阻之间的关系曲线以及触发光能量与开关内部载流子之间的关系曲线。然后采用拉普拉斯变换法详细分析了传输线放电型脉冲产生器的电路特性,利用Pspice电路模拟软件分别模拟了基于理想开关和基于光电导开关的传输线放电型脉冲产生电路中,负载对输出电脉冲的影响情况,结果与实验所获得的输出电脉冲基本吻合。此外,结合线性模式下的实验,主要分析了光电导开关的偏置电压、光脉冲能量,开关间隙对传输效率的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 1 绪论
• 1.1 光电导开关的发展历史
• 1.2 光电导开关的研究现状
• 1.2.1 理论研究现状
• 1.2.2 应用研究现状
• 1.3 研究意义与目的
• 1.4 本章小结
• 2 理论研究
• 2.1 光电导开关的结构及其工作原理
• 2.1.1 光电导开关的基本结构
• 2.1.2 光电导开关的工作原理
• 2.1.2.1 光电导开关的工作模式
• 2.2 光电导开关传输特性的理论研究
• 2.2.1 光电导开关的电路结构
• 2.2.2 光电导开关的电路特性分析
• 2.2.2.1 光电导开关的等效电路
• 2.2.2.2 光电导开关传输电路的基本方程
• 2.2.2.3 光电导开关等效电路中时变电阻的计算
• 2.2.2.4 光电导开关间隙电容的计算
• 2.3 本章小结
• 3 传输线理论
• 3.1 传输线的特性
• 3.2 微带传输线的特性
• 3.2.1 微带传输线的电脉冲传输模型
• 3.2.2 共面微带传输线的色散
• 3.2.3 微带线的损耗
• 3.2.4 传输线放电型脉冲产生电路
• 3.3 本章小结
• 4 Pspice 软件在脉冲源电路中的应用
• 4.1 电路模拟软件Pspice 的简介
• 4.2 基于理想开关的传输线放电型脉冲产生电路的模拟
• 4.3 基于光电导开关的传输线放电型脉冲产生电路的模拟
• 4.3.1 光电导开关的Pspice 模型
• 4.3.2 模拟结果
• 4.4 本章小结
• 5 基于光电导开关脉冲产生器的实验
• 5.1 实验过程
• 5.2 实验结果及分析
• 5.3 本章小结
• 6 总结
• 6.1 结论
• 6.2 论文中的问题与设想
• 致谢
• 参考文献
• 附录