تجزیه و تحلیل مدار منبع تغذیه نیمه هادی پالسی

تجزیه و تحلیل مدار منبع تغذیه لیزر نیمه هادی پالسی

لیزرهای نیمه هادی پالسی دارای مزایای پیک بالا و اندازه کوچک هستند و به طور گسترده در زمینه های برد لیزری، لیدار و ارتباطات لیزر فضای آزاد استفاده می شوند. در تشخیص لیزر و ارتباطات لیزری، پهنای باند سیستم، فاصله عملیاتی، دقت، ضد تداخل و مصرف انرژی کم و سایر عملکردها به کیفیت پالس لیزر ساطع شده توسط لیزر نیمه هادی بستگی دارد و پالس نوری منتشر شده توسط لیزر نیمه هادی مستقیما مدوله شده توسط پالس الکتریکی تولید شده توسط منبع تغذیه لیزر، مشخصه های پالس نوری تولید شده توسط لیزر تا حدی به طراحی منبع تغذیه پالس محرک، پمپاژ بستگی دارد. دامنه جریان و عرض پالس تعیین کننده حداکثر توان پالس لیزر است. . بنابراین، طراحی منبع تغذیه پالسی برای لیزر نیمه هادی پالسی یک فناوری کلیدی در کاربرد لیزر است.

در این مقاله، مدار معادل منبع تغذیه درایو لیزر نیمه هادی پالسی داده شده و مدل مدار LRC ایجاد شده است. با توجه به نتایج تحلیلی معادله دیفرانسیل همگن مرتبه دوم ضریب ثابت خطی، پارامترهای مشخصه اصلی مدار تجزیه و تحلیل شده و منحنی زمان 2 فعلی به دست می‌آید. نتایج محاسبه شده با نتایج تجربی مقایسه می شود.

ایجاد و تحلیل مدل مدار منبع تغذیه لیزر نیمه هادی پالسی.

شکل. 1 و شکل. شکل 2 شکل کلی و مدار معادل متناظر مدار محرک لیزر نیمه هادی پالسی را به ترتیب نشان می دهد. در جایی که L اندوکتانس انگلی است (چون خازن های تخلیه، اجزای سوئیچینگ و لیزرها در مدار وجود دارد، اندوکتانس انگلی در حلقه تخلیه وجود دارد)، C ظرفیت ذخیره انرژی، و R مقاومت کل مدار است، از جمله مقاومت معادل لیزر، مقاومت جزء سوئیچینگ و مقاومت سری مدار. به منظور کاهش حجم، عنصر ذخیره انرژی به طور کلی ظرفیت خازنی انتخاب می شود، با توجه به سرعت تخلیه، از لوله ماسفت قدرت به عنوان عنصر سوئیچینگ استفاده می شود.

با فرض اینکه خازن در ابتدا با ولتاژ V شارژ شده باشد، مدار تخلیه مدار را می توان به عنوان یک مدار سری RLC با پاسخ ورودی صفر در نظر گرفت. جریان روی خازن خیلی سریع تحلیل می‌رود، شاید در کمتر از 1 سیکل، جریان به صفر می‌رسد. اما تا زمانی که جهت جریان تغییر می کند، یعنی جریان منفی رخ می دهد، آن چیزی که ما می خواهیم نیست. 

با توجه به اشتقاق فرمول فوق، پارامترهای مدار ارضا کننده رابطه R>2L/C طراحی شده اند. مدار محرک لیزر نیمه هادی پالسی همانطور که در شکل نشان داده شده است  نتایج تجربی با محاسبات نظری مقایسه شده است.

جریان بالا و عرض پالس باریک منبع تغذیه مدوله شده مستقیم تضمین مهمی برای حداکثر توان خروجی لیزرهای نیمه هادی پالسی است. مدار معادل و مدل مدار LRC منبع تغذیه درایو لیزر نیمه هادی پالسی ایجاد شده است. راه حل های تحلیلی معادلات دیفرانسیل همگن مرتبه دوم ضریب ثابت خطی تجزیه و تحلیل و با نتایج تجربی مقایسه می شوند. نتایج نشان می‌دهد که وقتی پارامترهای اصلی منبع تغذیه با رابطه R≥2L/C مطابقت دارند، یک فرآیند تخلیه غیر نوسانی نسبتا ایده‌آل می‌توان به دست آورد. شکل موج پالس اندازه گیری شده و ویژگی های آن با نتایج محاسبه شده مطابقت دارد.

با توجه به مدل ایجاد شده توسط معادله مدار LRC، جریان بزرگ و عرض پالس باریک منبع تغذیه محرک لیزر نیمه هادی پالسی به صورت تئوری تحلیل و محاسبه می‌شود. داده‌های تجربی نشان می‌دهند که وقتی پارامترهای اصلی منبع تغذیه با رابطه R≥L/C مطابقت داشته باشند، می‌توان یک فرآیند تخلیه غیر نوسانی نسبتا ایده‌آل به دست آورد. با استفاده از پارامترهای مدار مربوطه، شکل موج تخلیه با جریان پیک 43 آمپر و عرض پالس 30 نانوثانیه را می توان به دست آورد و عرض پالس خروجی لیزر 27 نانو ثانیه است.