半導(dǎo)體激光器電源設(shè)計(jì)技術(shù)匯總

,上式只是一個(gè)近似的表達(dá),隨著負(fù)載的不同和輸入電壓的變化,輸出電流還是有微小的變化,但是由于前置放大器放大倍數(shù)很高,使得輸出電流變化很小,穩(wěn)定度一般能達(dá)到10-5量級(jí)。

8.輸出功率可調(diào)激光二極管驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)

LD(激光二極管)不僅具有一般激光器高單色性、高相干性、高方向性和準(zhǔn)直性的特點(diǎn)，還具有尺寸小、重量輕、低電壓驅(qū)動(dòng)、直接調(diào)制等特性，因而廣泛應(yīng)用于國防、科研、醫(yī)療、光通信等領(lǐng)域。然而，由于LD是一種高功率密度并具有極高量子效率的器件，對(duì)于電沖擊的承受能力差，微小的電流波動(dòng)將導(dǎo)致光功率輸出的極大變化和器件參數(shù)的變化，這些變化直接危及器件的安全使用，因而在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)驅(qū)動(dòng)電源的性能和安全保護(hù)有著很高的要求。在驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)過程中，同時(shí)考慮對(duì)LD進(jìn)行安全有效保護(hù)，如防止浪涌沖擊，慢啟動(dòng)等問題。

1電路結(jié)構(gòu)及原理

LD是依靠載流子直接注入而工作的，注入電流的穩(wěn)定性對(duì)激光器的輸出有直接、明顯的影響，因此，LD驅(qū)動(dòng)電源需要為L(zhǎng)D提供一個(gè)紋波小，毛刺少的穩(wěn)恒電流。該LD驅(qū)動(dòng)電源包括4部分：基準(zhǔn)電壓源，恒流源電路，脈沖控制電路，保護(hù)電路。結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

基準(zhǔn)電壓源電路構(gòu)成如圖2所示，其作用是為恒流源電路提供一個(gè)高精度，低溫漂的電壓參考，同時(shí)，為電路中的集成電路(如光耦合器、運(yùn)算放大器、反相器等)提供穩(wěn)定工作電壓。

LM317是美國國家半導(dǎo)體公司的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成電路，輸出電壓范圍是1.2～37V，負(fù)載電流最大為1.5A，使用簡(jiǎn)單。其工作過程如下：輸出電壓Vout通過R1、VQ1，對(duì)C2充電，開始時(shí)VQ1飽和導(dǎo)通，Vout最低(約1.5V)。隨著C2上電壓的升高，VQ1逐漸退出飽和并趨于截止，Vout逐漸升高至額定電壓。改變R1、C2的常數(shù)可改變軟啟動(dòng)的時(shí)間。改變可變電阻R2的值，可調(diào)整輸出電壓Vout的值。VD1用于關(guān)機(jī)后使C2上的電荷快速泄放。

9.基于51單片機(jī)的半導(dǎo)體激光器電源控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

半導(dǎo)體激光器(LD)體積小，重量輕，轉(zhuǎn)換效率高，省電，并且可以直接調(diào)制?；谒亩喾N優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已在科研、工業(yè)、軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用，同時(shí)其驅(qū)動(dòng)電源的問題也更加受到人們的重視。使用單片機(jī)對(duì)激光器驅(qū)動(dòng)電源的程序化控制，不僅能夠有效地實(shí)現(xiàn)上述功能，而且可提高整機(jī)的自動(dòng)化程度。同時(shí)為激光器驅(qū)動(dòng)電源性能的提高和擴(kuò)展提供了有利條件。

本系統(tǒng)原理如圖1所示，主要實(shí)現(xiàn)電流源驅(qū)動(dòng)及保護(hù)、光功率反饋控制、恒溫控制、錯(cuò)誤報(bào)警及鍵盤顯示等功能，整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)控制。本系統(tǒng)中選用了C8051F單片機(jī)。C8051F單片機(jī)是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片(SOC)，他在一個(gè)芯片內(nèi)集成了構(gòu)成一個(gè)單片機(jī)數(shù)據(jù)采集或控制系統(tǒng)所需要的幾乎所有模擬和數(shù)字外設(shè)及其他功能部件，如本系統(tǒng)中用到的ADC和DAC。這些外設(shè)部件的高度集成為設(shè)計(jì)小體積、低功耗、高可靠性、高性能的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)提供了方便，也大大降低了系統(tǒng)的成本。光功率及溫度采樣模擬信號(hào)經(jīng)放大后由單片機(jī)內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行運(yùn)算處理，反饋控制信號(hào)經(jīng)內(nèi)部D/A轉(zhuǎn)換后再分別送往激光器電流源電路和溫控電路，形成光功率和溫度的閉環(huán)控制。光功率設(shè)定從鍵盤輸入，并由LED數(shù)碼管顯示激光功率和電流等數(shù)據(jù)。

目前，凡是高精密的恒流源，大多數(shù)都使用了集成運(yùn)算放大器。其基本原理是通過負(fù)反作用，使加到比較放大器兩個(gè)輸入端的電壓相等，從而保持輸出電流恒定。并且影響恒流源輸出電流穩(wěn)定性的因素可歸納為兩部分：一是構(gòu)成恒流源的內(nèi)部因素，包括：基準(zhǔn)電壓、采樣電阻、放大器增益(包括調(diào)整環(huán)節(jié))、零點(diǎn)漂移和噪聲電壓;二是恒流源所處的外部因素，包括：輸入電源電壓、負(fù)載電阻和環(huán)境溫度的變化。