激光二極管發(fā)射控制的精密方法

在很多應(yīng)用中，用光來控制過程，重要的是保持恒定的光強(qiáng)度。在一些系統(tǒng)中，用簡(jiǎn)單的LED或激光二極管生成光源來提供光照，然而，甚至開始定標(biāo)過的光源將隨時(shí)間衰變。隨著LED表化，其電流/光發(fā)射比衰變，光強(qiáng)度將降低。若希望保持工廠設(shè)置的發(fā)射強(qiáng)度不隨時(shí)間變化，則需要控制電路來監(jiān)控發(fā)射和控制提供給光發(fā)射器的電流來保持輸出恒定。這種配量的應(yīng)用包括：用于精密光強(qiáng)度的光量度應(yīng)用，用于伺膠機(jī)械精確光定位和用于光基準(zhǔn)的測(cè)試設(shè)備。圖1示出這種系統(tǒng)的框圖。
充電二極管101
硅光電二極管的結(jié)構(gòu)除P層非常薄外其他與PN結(jié)二極管類似。調(diào)節(jié)P層厚度適合于所檢測(cè)的光波長(zhǎng)。光電二極管也具有電容，電容與所加反向偏置電壓成正比，其電型值為2_20PF。光電二極管有兩個(gè)端：陽板和陰板。二極管可用在正向模式（電流從陽板流向陰板）或反向模式（電流從陰板流向陽板）。當(dāng)所用光電二極管處于反向模式（陽板負(fù)）時(shí)，它與給定頻良的光照是嚴(yán)格線性關(guān)系，這是？利的特性。線性特性使得建造控制電路變得相當(dāng)容易。
典型設(shè)計(jì)
圖2示出采用運(yùn)放的電路，用于分析控制環(huán)路。此電路驅(qū)動(dòng)1個(gè)PNP晶體管，此晶體管為產(chǎn)生光發(fā)射的LED提供電流。光發(fā)射照射到光電二極管，光電二極管把光發(fā)射轉(zhuǎn)換為非常小的電流（通常為10μA）。在這種情況下，二極管用在反向模式，所以在無光呈現(xiàn)時(shí)，電流為零，但是光電二極管和放大器中的漏電流（也稱之為“暗電流”）是過載。此條件牽引由晶體管基極電阻所限制的電流，開始時(shí)晶體管處于飽和狀態(tài)。一旦電流開始流經(jīng)晶體管，叫LED或激光二極管將開始發(fā)射光。光電二極管把此部分光轉(zhuǎn)換為電流，流經(jīng)RG。隨著電壓趨于VBIAS（在圖2中為地），環(huán)路將閉合并保持驅(qū)動(dòng)晶體管的電流來微持LED中的電流以保持恒定光強(qiáng)度（或光電二極管中的電流）。此構(gòu)成電路DC分析的基礎(chǔ)。圖3為用NS公司LmV2011精密運(yùn)放實(shí)際實(shí)現(xiàn)電路。用NS的LM4041-1.2并聯(lián)基準(zhǔn)產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓，提供固定的1.225V基準(zhǔn)電壓。設(shè)置基準(zhǔn)中的電流在10μA左右，這是工作電流的中間值。由兩個(gè)1%精度電阻器產(chǎn)生VBIAS，其值設(shè)置在1V左右。為了計(jì)算閉合控制環(huán)路中的光電二極管電流，VREF和VBIAS之差除RG。注意，為了此電路工作，VBIAS必須小于VRCF。對(duì)于10μA光電二極管電流，RG為0.2