组合开关的伏秒特性及瞬态特性分析

摘要

利用GaAs光电导开关具有皮秒或亚纳秒量级的上升时间，响应速度快的特点，把GaAs光电导开关作为气体开关的触发开关，光电导开关输出具有陡上升沿的高压脉冲使气体开关在极短的时间内过压放电，有利于改善气体开关输出电脉冲的稳定性。对比实验结果，在相同偏置电压和触发光脉冲能量的条件下，组合开关输出电脉冲峰值高于单一GaAs光电导开关。而且，在满足非线性模式光电阈值的情况下，组合开关有效抑制了GaAs光电导开关的非线性工作模式，提高了开关的寿命。根据GaAs光电导开关和气体开关的击穿机理，以及组合开关的工作原理，利用光激发电荷畴模型和逃逸电子模型分别计算了GaAs光电导开关和气体开关的击穿时延，定性分析了组合开关的伏秒特性。
　　为了用PSPICE模拟含有光电导开关和气体开关的实验电路，必须首先建立电路的PSPICE器件模型。本文根据GaAs光电导开关的工作原理，建立了载流子在高斯光脉冲激励下光电导开关的载流子连续性方程，推导出光电导开关的时变电阻模型，结合气体开关的等效电路模型及组合开关的工作原理，最终得到了组合开关的PSPICE电路模型，实现了用PSPICE对组合开关瞬态响应特性的表征。根据所获得的结果，对组合开关的响应规律进行了分析和描述。

目录

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1 前言

1.1 脉冲功率技术的发展与现状

1.2 气体开关脉冲源

1.3 固体开关在脉冲功率技术中的发展

1.4 论文的主要研究内容和意义

2 理论分析

2.1 光电导开关的理论

2.1.1 光电导开关的结构

2.1.2 光电导开关的工作原理

2.2 组合开关实验装置及工作机理

2.2.1 实验电路设计

2.2.2 组合开关的工作机理

2.2.3 组合开关实验结果及分析

2.3 本章小结

3 组合开关的伏秒特性分析

3.1 纳秒脉冲气体放电机理

3.1.1 气体放电模型简介

3.1.2 逃逸电子模型

3.2 纳秒脉冲下空气间隙击穿延时计算

3.2.1 电子雪崩发展模型

3.2.2 空间电荷场参数的计算

3.2.3 计算结果及讨论

3.3 光电导开关击穿延时计算

3.3.1 光激发电荷畴模型

3.3.2 光电导开关延迟时间模型

3.3.3 计算结果与讨论

3.4 组合开关击穿时延分析

3.5 本章小结

4 用Pspice模拟组合开关的瞬态特性

4.1 电路模拟软件Pspice的简介

4.2 光电导开关的电路特性分析

4.2.1 光电导开关的等效电路

4.2.2 光电导开关传输电路的基本方程

4.2.3 光电导开关时变电阻的计算

4.2.4 光电导开关间隙电容的计算

4.3 空气间隙的电路特性分析

4.3.1 空气间隙的等效电路

4.3.2 空气间隙的电感

4.3.3 空气间隙的火花通道电阻

4.4 组合开关的电路模拟

4.4.1 组合开关的Pspice器件模型

4.4.2 模拟结果及分析

4.5 本章小结

5 总结

5.1 本论文工作总结

5.2 存在的问题和设想

致谢

参考文献

附录