تحليل دائرة إمداد الطاقة لأشباه الموصلات النبضية

تحليل دائرة إمداد الطاقة لليزر أشباه الموصلات النبضية

تتمتع ليزر أشباه الموصلات النبضي بمزايا قوة الذروة العالية والحجم الصغير ، وتستخدم على نطاق واسع في مجالات تحديد المدى بالليزر ، واتصالات الليدار والليزر في الفضاء الحر. في الكشف عن الليزر والتواصل بالليزر ، يعتمد عرض النطاق الترددي للنظام ومسافة التشغيل والدقة ومقاومة التداخل وانخفاض استهلاك الطاقة والأداء الآخر على جودة نبضة الليزر المنبعثة من ليزر أشباه الموصلات ، والنبض البصري المنبعث من ليزر أشباه الموصلات مباشرة تعدل بواسطة النبضة الكهربائية الناتجة عن مصدر طاقة الليزر ، وتعتمد خصائص النبضة الضوئية التي يولدها الليزر إلى حد ما على تصميم مصدر طاقة الدفع النبضي ، والضخ. . لذلك ، فإن تصميم مصدر الطاقة النبضي لليزر أشباه الموصلات النبضي هو تقنية أساسية في تطبيق الليزر.

في هذا البحث ، تم إعطاء الدائرة المكافئة لمصدر طاقة محرك الليزر أشباه الموصلات النبضي ، وتم إنشاء نموذج دائرة LRC. وفقًا للنتائج التحليلية للمعادلة التفاضلية المتجانسة ذات المعامل الخطي الثابت من الدرجة الثانية ، يتم تحليل المعلمات المميزة الرئيسية للدائرة ، ويتم الحصول على منحنى الوقت الحالي. يتم مقارنة النتائج المحسوبة مع النتائج التجريبية.

إنشاء وتحليل نموذج دائرة إمداد الطاقة لليزر أشباه الموصلات النبضية ؛

تين. 1 و FIG. 2 - إظهار الشكل العام والدائرة المكافئة المقابلة لدائرة محرك ليزر أشباه الموصلات النبضية على التوالي. حيث ، L هو الحث الطفيلي (نظرًا لوجود مكثفات تفريغ ومكونات التبديل والليزر في الدائرة ، هناك محاثة طفيلية في حلقة التفريغ) ، C هي سعة تخزين الطاقة ، و R هي المقاومة الكلية للدائرة ، بما في ذلك مقاومة مكافئ الليزر ، ومقاومة مكون التبديل ومقاومة سلسلة الدائرة. من أجل تقليل الحجم ، يتم تحديد عنصر تخزين الطاقة بشكل عام السعة ، مع الأخذ في الاعتبار سرعة التفريغ ، يتم استخدام أنبوب MOSFET للطاقة كعنصر تبديل.

بافتراض أن المكثف مشحون بجهد V في البداية ، يمكن اعتبار دائرة التفريغ للدائرة بمثابة دائرة RLC متسلسلة مع استجابة دخل صفرية. يتحلل التيار على المكثف بسرعة كبيرة ، ربما في أقل من دورة واحدة ، يتحلل التيار إلى الصفر. ومع ذلك ، طالما أن اتجاه التغييرات الحالية ، أي أن التيار السالب يحدث ، فهذا ليس ما نريده.  

وفقًا لاشتقاق الصيغة أعلاه ، تم تصميم معلمات الدائرة التي تفي بعلاقة R> 2L / C. دائرة السائق لليزر أشباه الموصلات النبضية كما هو مبين في الشكل |||   تمت مقارنة النتائج التجريبية بالحساب النظري.

يعتبر التيار العالي وعرض النبضة الضيق مباشرة من مصدر الطاقة المُعدَّل ضمانًا مهمًا لإخراج الطاقة القصوى لليزر أشباه الموصلات النبضي. تم إنشاء الدائرة المكافئة ونموذج دائرة LRC لمصدر طاقة محرك الليزر النبضي لأشباه الموصلات. تم تحليل الحلول التحليلية للمعادلات التفاضلية المتجانسة من الدرجة الثانية للمعامل الخطي الثابت ومقارنتها بالنتائج التجريبية. تظهر النتائج أنه عندما تتوافق المعلمات الرئيسية لمصدر الطاقة مع العلاقة R≥2L / C ، يمكن الحصول على عملية تفريغ غير متذبذبة مثالية نسبيًا. يتوافق شكل موجة النبضة المقاسة وخصائصها مع النتائج المحسوبة.

وفقًا للنموذج الذي تم إنشاؤه بواسطة معادلة دائرة LRC ، يتم تحليل وحساب التيار الكهربائي الكبير وعرض النبض الضيق لليزر أشباه الموصلات النبضي نظريًا. تظهر البيانات التجريبية أنه عندما تتوافق المعلمات الرئيسية لمصدر الطاقة مع العلاقة R≥L / C ، يمكن الحصول على عملية تفريغ غير متذبذبة مثالية نسبيًا. باستخدام معلمات الدائرة المقابلة ، يمكن الحصول على شكل موجة التفريغ بتيار الذروة البالغ 43 أمبير وعرض النبضة 30 نانو ثانية ، وعرض نبضة خرج الليزر هو 27 نانو ثانية.