PCSS输出电脉冲线性工作模式详解

在低场下，PCSS输出电脉冲与激励光脉冲具有相似波形（见图4-99a），即具有相同的上升时间和脉冲宽度，光脉冲与电脉冲之间几乎没有时间延迟而呈线性变化关系，此时PCSS工作在线性模式。在此模式下，PCSS每吸收一个光子就产生一个电子—空穴对，不存在载流子倍增现象，其通态电导正比于入射光能量。

通常情况线性工作模式下的PCSS脉宽远小于载流子的寿命，故在开通期间可忽略载流子的复合效应。此时由电阻计算公式可得

将式（4-53）带入式（4-52）得到

将式（4-54）带入式（4-55）可得线性工作模式下的PCSS电阻

式中，L为开关电极间隙；hv为光子能量；E_a为触发光总能量；q为单位电荷量；μ为迁移率（μ_n＋μ_p）。

由上可知线性模式光电导开关导通时的电阻与开关之间的缝隙长度成二次方关系，其电导率和输出的电脉冲与触发光脉冲强度基本上呈现线性关系。(www.xing528.com)

光电导开关用于大功率的场合通常可以通过提高开关输入电压和开关导通效率的方式来实现。在一定的绝缘封装条件，可以通过增大电极间隙的方法来实现，但是会导致导通效率降低的影响。因此通过开关间隙优化设计来达到最大输出功率具有较大的实际意义。

线性光电导开关所在电路中，输出电压满足U_o＝U×R_L／（R＋R_L），其中U为电源电压，R_L为负载电阻，R为开关电阻。开关所能加载的最大暗态电压U_max＝E_b×L。再由W_o＝U_o²／R_L可得当L＝（R_LE_bqμ／hv）^1／2时，W_o取最大值，此时有最大输出功率。

对于一定电极间隙的光电导开关，在一定偏置电压下，触发激光单脉冲能量存在阈值，只有当光能量大于该阈值时，光导开关才能导通工作。通常定义开关输出与偏置电压之比大于5％或3％时为理想导通，并以此时对应的光能为导通光能标准。

随着触发光能的增加，PCSS开关中将激发出更多的载流子，但这一过程不能无限制地持续下去。当光生载流子浓度达到导带和价带态密度N_c或N_v时，由于导带或价带所有态都被电子或空穴所占据，即使再增加触发光能，也不可能产生新的光生载流子。PCSS开关的输出脉冲电压将趋近于稳定，此时的触发光能量称为饱和光能。

设PCSS材料的导带和价带态密度分别为N_c和N_v，一定波长λ的触发光入射深度为δ，则可以得到饱和光能

E_s＝h×c×pi×r²×N_c×δ／λ

E_v＝h×c×pi×r²×N_v×δ／λ

线性模式下，光电导开关输出的电脉冲波形与触发光脉冲有着相似的波形。电脉冲的上升沿和脉冲宽度由光脉冲决定。由于光生载流子的产生时间很短（飞秒量级），输出的电脉冲与触发的光脉冲之间基本上没有时间上的延迟而具有相同的上升时间，但同时上升时间还要受到外电路带宽的制约。另外，如果开关材料载流子寿命低于介质弛豫时间，电脉冲的下降沿将取决于载流子寿命，否则取决于开关材料本身的性质、开关体的形状和介质弛豫时间。线性模式下的光电导开关工作稳定，具有无抖动响应、工作电压范围宽、低电感（亚纳亨量级）的特性，并且在高电压、大电流应用时常允许多个器件串联或并联使用。但是，由于线性模式下不存在增益，高功率应用条件下触发开关所需激励光的能量较大，由此带来的光激励设备较大的问题，限制了它在一般功率系统中的推广应用。线性工作模式适合于将瞬时变化的电场调制到负载上，而不适合要求长时间导通的场合。