到
[0142] imod= L anq〇 (t) / τ + (I-L J vqc (t) / τ (37)
[0143] 綜合圖5、圖6以及式（32)和式（37)，可以得到如圖7所示的等效電路模型，用于 描述PIN二極管I層壓降與二極管電流之間的關(guān)系，
[0144] 圖7中，受控電流源Gnmd的作用是表示可變電阻Rnmd的時(shí)域特性，G nrod的值即等于 式（37)所表示的iMd。
[0145] 步驟五，綜合步驟三到步驟四，建立PIN二極管管芯的等效電路模型。
[0146] 步驟三建立的電路模型描述了 PIN二極管電流與結(jié)壓降之間的關(guān)系，步驟四建立 的電路模型PIN二極管電流與I層壓降之間的關(guān)系。由于PIN二極管管芯（包括P+層、 N-層和N+層）的總壓降由結(jié)壓降與I層壓降構(gòu)成，因此將步驟三與步驟四建立的電路模型 相串聯(lián)，即構(gòu)成了 PIN二極管管芯的等效電路模型，參見(jiàn)圖8。
[0147] PIN二極管管芯的等效電路包括四個(gè)子電路，其中子電路1描述了 PIN二極管管芯 的串聯(lián)結(jié)構(gòu)形式，即包括節(jié)點(diǎn)Nl和N2之間的I層等效電路以及節(jié)點(diǎn)N2和N3之間的PN結(jié) 等效電路；子電路2和子電路3與子電路1中的PN結(jié)等效電路相結(jié)合，共同描述了 PIN二 極管電流與PN結(jié)壓降之間的關(guān)系；子電路4和子電路1中的I層等效電路相結(jié)合，共同描 述了 PIN二極管電流與I層壓降之間的關(guān)系。子電路2和子電路3中，串聯(lián)電壓源vsl和V S2 的值均為〇,其作用是在電路仿真時(shí)傳遞所在回路的電流。子電路1中電流源Gnmd的值是子 電路2中電流和子電路4中負(fù)載電壓的函數(shù)，即節(jié)點(diǎn)N22電壓和節(jié)點(diǎn)N27電壓的函數(shù)。子 電路1中子電路1中節(jié)點(diǎn)N2和N3之間的電流源G dlcide的值等于二極管總電流i⑴，即子電 路3中通過(guò)電壓源vS2的電流值。子電路2中受控電壓源E ,的值等于子電路1中的PN結(jié)等 效電路壓降，即節(jié)點(diǎn)N2和N3之間的電壓。子電路3中受控電壓源Eq。的值等于子電路2中 通過(guò)電壓源v sl的電流值，受控電流源G 1^的值與節(jié)點(diǎn)N22的電壓平方成正比，等于V (N22) 7 1其中、是常數(shù)。子電路3中1^1=1，(^1=1，1^2=5，(^ 2=1/5，1^3=9，(^3=1/9， Rpi= T。/3, Rp2= T。/7, Rp3= T。/11。子電路4中受控電流源Gq。的值等于子電路3中通過(guò) 電壓源vS2的電流值，R qc= τ，C qc= 1 〇
[0148] 步驟六，建立PIN二極管結(jié)電容模型。
[0149] 當(dāng)零偏壓或負(fù)向偏壓時(shí)，I層為不導(dǎo)電介質(zhì)，結(jié)電容C,的計(jì)算式如下
[0151] 式（38)中，Cj。表示PIN二極管的零偏結(jié)電容；VB表示PIN二極管外部施加的直流 反向偏置電壓的幅度 ；V,表示PIN二極管的內(nèi)建電勢(shì)，是常數(shù)，等于0. 6V。
[0152] 在正向偏置下，I層為良導(dǎo)體，無(wú)法形成結(jié)電容，因此可以認(rèn)為&不存在，不需要添 加到電路模型中。
[0153] 步驟七，建立完整的PIN二極管模型。
[0154] 封裝電容和引線電感是在PIN二極管管芯封裝過(guò)程中形成，屬于不隨外界條件改 變的常量。完整的PIN二極管模型如圖9所示。圖9中，C j表示結(jié)電容，它與圖8中子電路 1所示的PIN二極管管芯電路模型相并聯(lián)；Lwira表示引線電感，C padi表示封裝電容。
[0155] 圖10是注入到PIN二極管限幅模塊的超寬帶脈沖電壓波形，其中電壓為50V，前沿 為0. 6ns ;圖11是實(shí)驗(yàn)得到的超寬帶脈沖注入時(shí)PIN二極管限幅模塊的輸出電壓波形，峰 值電壓為8V ;圖12是仿真得到的超寬帶脈沖注入時(shí)PIN二極管限幅模塊的輸出電壓波形， 峰值電壓為8. 6V ;圖13是注入到PIN二極管限幅模塊的方波脈沖電壓波形，其中注入電壓 為50V，前沿為0. 3ns ;圖14是實(shí)驗(yàn)得到的方波脈沖注入時(shí)PIN二極管限幅模塊的輸出電壓 波形，尖峰電壓為3. 2V，響應(yīng)時(shí)間為l-2ns ;圖15是仿真得到的方波脈沖注入時(shí)PIN二極管 限幅模塊的輸出電壓波形，尖峰電壓為2. 6V，響應(yīng)時(shí)間為2ns?？梢钥闯龇抡娼Y(jié)果圖和實(shí)驗(yàn) 結(jié)果圖之間保持了較高的相似度。
[0156] 應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換， 而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種PIN二極管的時(shí)域等效電路模型，其特征在于：包括四個(gè)子電路； 子電路1包括封裝電容Cpadi，所述封裝電容Cpadi的一端與輸入端P1連接，封裝電容Cpadi 的另一端與輸出端P2連接；封裝電容Cpadi的一端通過(guò)引線電感1^_與電ffiR_和受控電流 源GMd的串聯(lián)連接后再與受控電流源Gdl_串聯(lián)；所述電流受控源Gdl_與輸出端P2連接； 電阻R_和受控電流源Gjf串聯(lián)后再與電阻R_并聯(lián)；結(jié)電容C,串聯(lián)于引線電感L 和 輸出端P2之間； 子電路2包括受控電壓源E,，所述受控電壓源E,的負(fù)極接地，受控電壓源E,的正極依 次與電壓源vsl、二極管〇,串聯(lián)后再接地； 子電路3包括受控電壓源Eq。，所述受控電壓源Eq。的負(fù)極接地，受控電壓源Eq。的正極 與電壓源vS2的負(fù)極連接，電壓源vS2的正極與受控電流源G^連接后接地；電壓源vS2的負(fù)極 與梯形RC網(wǎng)絡(luò)連接； 子電路4包括受控電流源Gq。，所述受控電流源Gq。的負(fù)極接地；受控電流源Gq。的正極 與負(fù)載電阻Rq。的一端相連，負(fù)載電阻R q。的另一端接地；電容Cq。與電阻Gq。并聯(lián)。2. 如權(quán)利要求1所述的PIN二極管的時(shí)域等效電路模型，其特征在于： 所述子電路2和子電路3中，電壓源VS1和電壓源VS2的值均為0 ;子電路2中受控電壓 源&的值等于子電路1中受控電流源Gdl_兩端的電壓； 子電路1中受控電流源Gdl_的值等于流經(jīng)子電路2中的二極管D,管芯的總電流，也就 是等于子電路3中通過(guò)電壓源vS2的電流值； 子電路3中受控電壓源Eq。的值等于子電路2中通過(guò)電壓源vS1的電流值；受控電流源Μ勺值與子電路2中受控電壓源E,電壓值的平方成正比，等于V? ,)2/%，其中IE是常數(shù)，等 于10 ; 子電路4中受控電流源Gq。的值等于子電路3中通過(guò)電壓源VS2的電流值，負(fù)載電阻Rq。=τ，電谷Cqc= 1。3. 如權(quán)利要求1所述的PIN二極管的時(shí)域等效電路模型，其特征在于： 所述RC網(wǎng)絡(luò)包括電容CS1，所述電容CS1與電阻RS1并聯(lián)后與電阻RP1連接后接地；所述 電容CS1與電容CS2和電阻RS2的并聯(lián)連接后與電阻RP2連接后接地；所述電容CS2與電容CS3 和電阻RS3的并聯(lián)連接后與電阻RP3連接后接地。4. 如權(quán)利要求3所述的PIN二極管的時(shí)域等效電路模型，其特征在于： RS1=1,CS1=t,RS2=5,CS2=τ/5,RS3= 9,CS3=τ/9,RP1=T〇/3,RP2=T〇/7,RP3 =T〇/ll； 其中，τ為PIN二極管少數(shù)載流子壽命，是I層厚度，La是載流子雙極 擴(kuò)散長(zhǎng)度。5.-種上述1-4中任一權(quán)利要求所述的PIN二極管的時(shí)域等效電路模型的建模方法， 其特征在于包括如下步驟： 步驟一、利用拉普拉斯變換方法，在s域內(nèi)求解載流子雙極擴(kuò)散方程，得到PIN二極管 電流的解析表達(dá)式； 步驟二、利用有理分式逼近方法，將s域內(nèi)PIN二極管電流雙極注入分量的解析表達(dá)式 轉(zhuǎn)化為連分式，再利用s域到頻域變換，將s域連分式轉(zhuǎn)化為頻域連分式，最后由頻域連分 式轉(zhuǎn)化為時(shí)域等效電路，從而完成PIN二極管電流雙極注入分量的電路建模； 步驟三、將PIN二極管電流基區(qū)復(fù)合分量用時(shí)域等效電路表示，再結(jié)合步驟二的PIN二 極管電流雙極注入分量的電路化建模，建立PIN二極管電流的電路求解模型； 步驟四、建立PIN二極管I層壓降的電路求解模型； 步驟五、根據(jù)步驟三的PIN二極管電流的電路求解模型和步驟四的PIN二極管I層壓 降的電路求解模型，建立PIN二極管管芯的等效電路模型； 步驟六、建立PIN二極管結(jié)電容模型； 步驟七、建立完整的PIN二極管的時(shí)域等效電路模型。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種PIN二極管的時(shí)域等效電路模型，包括四個(gè)子電路；子電路1描述了I層等效電路和PN結(jié)等效電路；子電路2和子電路3與子電路1中的PN結(jié)等效電路相結(jié)合，共同描述了PIN二極管電流與PN結(jié)壓降之間的關(guān)系；子電路4和子電路1中的I層等效電路相結(jié)合，共同描述了PIN二極管電流與I層壓降之間的關(guān)系。本發(fā)明還提供一種PIN二極管的時(shí)域等效電路模型的建模方法。本發(fā)明能夠建立PIN二極管的時(shí)域暫態(tài)等效電路模型，該模型能反映出電荷存儲(chǔ)效應(yīng)的尖峰泄漏與恢復(fù)時(shí)間，從而較準(zhǔn)確預(yù)測(cè)各類信號(hào)作用下PIN二極管的時(shí)域響應(yīng)特征，為敏感電子信息設(shè)備射頻前端電磁脈沖效應(yīng)預(yù)測(cè)提供手段。
【IPC分類】G06F17/50
【公開(kāi)號(hào)】CN105303005
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510872801
【發(fā)明人】王冬冬, 鄧峰, 張崎, 高嵐
【申請(qǐng)人】中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心
【公開(kāi)日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年12月2日