半導體雷射器自動功率控制電路設計

2020-11-23 電子產品世界

編者按：設計了半導體雷射器恆定功率驅動電路，採用負反饋運算放大電路構成恆流源，電容充放電模塊構成穩壓環節，以高精度電流檢測晶片MAX4008監測PIN光電探測器探測電流，以此為基準，引入功率反饋環節，穩定輸出功率。闡述並分析了電路原理與實驗結果，表明電路運行穩定，實現了精確的自動功率控制。

　　引言

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/203226.htm

　　半導體雷射器具有光學特性優秀、單色性好、體積小和壽命長等一系列的優點，隨著科技的發展，已被廣泛應用在國防、通信、醫療和測量等領域中[1-3]。半導體雷射器需要專用的驅動電路，一般均採用恆流源電路。市場上專業的雷射器驅動設備性能好，功能強大，然而價格昂貴，體積較大，對產品開發來說，一款小巧、功能簡單、性能穩定、價格低廉的雷射器驅動電路很具有實用價值。

　　在傳感和檢測等應用領域，往往需要雷射器工作在恆定功率狀態，而半導體雷射器是非線性器件，受溫度等影響較大，電路中電阻等元器件的老化也會改變半導體雷射器的特性，因此需要補償各種因素產生的影響。而在發射閾值電流以上時，半導體雷射器的發光功率與驅動電流成線性關係[4]，這使得通過控制驅動電流來調整發光功率成為可能。

　　電路工作原理分析

　　圖1所示為雷射器自動功率控制系統原理框圖，整體電路形成一個閉合環路，通過負反饋機制穩定雷射器的輸出功率。該驅動電路由電壓比較器、電容充放電模塊、恆流源和反饋迴路構成，電容充放電模塊根據比較器輸出電壓的高低循環跳變來對電容進行充放電，最終將其電壓值穩定在某預設值，從而間接控制恆流源的輸入電壓，並進一步控制雷射器電流，恆流源直接驅動LD雷射器，它的輸入電壓和雷射器驅動電流成正比例關係。

　　系統上電後，電壓比較器的正端設定正電壓值VSET，負端電壓假設為0，則比較器輸出的低電平致使電容充放電模塊對電容充電，隨著電容電壓的緩慢上升，恆流源的驅動電流不斷升高，雷射器輸出光強不斷升高，PIN探測電流變大，從而導致反饋迴路輸出電壓升高，直至高過比較器正端電壓VSET後，比較器輸出由低電平跳變為高電平，接著執行上述過程的反過程：電容放電、雷射器功率減小，由此循環往復，最終穩定雷射器發光功率。

　　恆流源

　　半導體雷射器的可靠穩定工作需要精密電流源，設計使用電流源電路源自於負反饋運算放大電流電路，該電路具有結構簡單、噪聲小等優點，其結構如圖2所示。

　　電路通過BIN輸入端電壓控制1歐姆電阻電壓來控制雷射器電流，由LT1789的固定增益輸出反饋給LT1006反相輸入端而形成閉環，LT1789的引入使雷射器陰極得以共地，便於測試。此外，增加了雷射器電流關斷控制電路，ENABLE使能端通過將Q1的基極電位拉地來關斷雷射器電流，相當於雷射器開關關閉，而當開關打開時，可實現雷射器電流緩慢地上升至預定值。元器件選取上，LT1006運算放大器和LT1789儀表放大器均是單電源供電型放大器，能夠滿足單電源供電的需求。電路工作中，LT1789的放大倍數為A=10，流經雷射器電流I與輸入電壓U的關係為：

　　I=0.1U (1)

　　其中，I的單位為毫安，U的單位為伏特，即當輸入電壓由0V變化到2.5V時，可實現雷射器電流由0mA到250mA的線性變化。

　　電容充放電模塊

　　電容充放電模塊是形成反饋迴路、實現自動功率控制至關重要的一部分。穩定雷射器功率是通過微調流經雷射器的電流實現的，這種微調功能的實現是需要某種自動起伏變化的機制才能實現的，而大電容的電壓可以緩慢變化，符合這種機制的要求。前已述及，該模塊根據前一級比較器輸出電壓的高低循環跳變來對電容進行充放電，將電容電壓值穩定在某預定值，從而間接控制雷射器電流，電路圖如圖3所示。

比較器相關文章:比較器工作原理

電容相關文章:電容原理 雷射器相關文章:雷射器原理

相關焦點

  • 半導體雷射器自動溫度控制電路設計
    本文對用於通信設備的半導體雷射器溫度控制電路進行了模型建立和分析，並從自動控制的角度對溫控電路形式進行了詳細的性能指標分析和測試，通過對不同的控制方法的仿真分析和實測數據的對比得出了一種較為有效的溫度控制電路
  • 熱電致冷的雷射器溫度控制電路設計
    EML雷射器是第一種大量生產的銦鎵砷磷(InGaAsP)光電集成器件。它是在同一半導體晶片上集成雷射器光源和電吸收外調製器，具有驅動電壓低、功耗低、調製帶寬高、體積小，結構緊湊等優點，比傳統DFB雷射器更適合於高速率、長距離的傳輸。 EML雷射器的輸出波長、電流閾值、最大輸出功率和最小功率的波動都直接受工作溫度的影響。
  • 採用三個放大器晶片組成的光功率自動控制電路
    自動控制電路。關鍵詞：儀表放大器電壓跟隨器功率自動控制光纖通訊INA114INA177OPA547在光纖通訊系統中，光發送電路主要由光源驅動器、光源（主要是半導體光源，包括LED、LD等）、光功率自動控制電路（APC）、檢測器、溫度自動控制（ATC）以及告警電路等部分組成。
  • 半導體雷射器工作原理
    不知道的話就快來看一下吧~~~本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/274011.htm　　半導體雷射器又稱雷射二極體，是用半導體材料作為工作物質的雷射器。它具有體積小、壽命長的特點，並可採用簡單的注入電流的方式來泵浦其工作電壓和電流與集成電路兼容，因而可與之單片集成。
  • 一種光纖傳感器光源驅動電路的設計
    本文所涉及的光纖傳感器採用的是半導體雷射器光源，半導體雷射器具有單色性好、方向性好、體積小、光功率利用率高等優點，但是，光功率輸出受外界環境變化的影響較大。因此，本文針對半導體雷射光源的工作原理和特性，設計了一種簡單可行的自動功率控制(APC)驅動電路，通過背向監測光電流形成反饋，實現恆功率控制。
  • 什麼是半導體雷射器?
    半導體雷射器件，一般可分為同質結、單異質結、雙異質結。同質結雷射器和單異質結雷射器室溫時多為脈衝器件，而雙異質結雷射器室溫時可實現連續工作。半導體雷射器的優點在於體積小、重量輕、運轉可靠、能耗低、效率高、壽命長、高速調製，因此半導體雷射器在雷射通信、光存儲、光陀螺、雷射列印、雷射醫療、雷射測距、雷射雷達、自動控制、檢測儀器等領域得到了廣泛的應用。
  • 基於MAX1968的半導體雷射溫控電路設計
    摘要：討論了一種半導體雷射溫度控制電路的設計方案，能夠實時監視和控制雷射器溫度，以穩定雷射器的輸出功率和波長。控制核心採用PIC16C73單片機來實現對整個系統的精確控制。熱電致冷器驅動電路採用高集成、高性價比和高效率開關型驅動晶片MAX1968來實現。與傳統的分立元件設計方法相比，簡化了80%的電路設計。實驗結果表明，雷射器的溫度控制精度達到0.1℃。
  • 半導體雷射器原理
    想要更多了解半導體雷射器，需要從以下的幾個方面，小編和大家一起學習，機遇對於有準備的頭腦有特別的親和力O(∩_∩)O~本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/276597.htm　　半導體雷射器是指以半導體材料為工作物質的雷射器，又稱半導體雷射二極體(LD)，　　是20世紀60年代發展起來的一種雷射器。
  • 半導體雷射器基礎知識簡介
    半導體雷射器的優點在於體積小、重量輕、運轉可靠、能耗低、效率高、壽命長、高速調製，因此半導體雷射器在雷射通信、光存儲、光陀螺、雷射列印、雷射醫療、雷射測距、雷射雷達、自動控制、檢測儀器等領域得到了廣泛的應用。
  • 無線雷射通信系統驅動與前置放大電路設計
    通信雷射發射模塊工作原理：將編碼後電信號作為調製信號，經過半導體雷射驅動器，改變半導體雷射器的輸入電流，從而使半導體雷射器輸出雷射的功率隨調製信號而改變，即產生調製的光信號
  • 高精度半導體雷射器驅動電源系統的設計
    O 引 言 半導體雷射器(LD)是一種固體光源，由於其具有單色性好，體積小，重量輕，價格低廉，功耗小等一系列優點，已被廣泛應用。
  • 半導體雷射器工作原理及主要參數
    半導體雷射器的優點在於體積小、重量輕、運轉可靠、能耗低、效率高、壽命長、高速調製，因此半導體雷射器在雷射通信、光存儲、光陀螺、雷射列印、雷射醫療、雷射測距、雷射雷達、自動控制、檢測儀器等領域得到了廣泛的應用。
  • 半導體雷射器優缺點與驅動方式
    但隨著科學技術的迅速發展，目前半導體雷射器的的性能已經達到很高水平，光束質量也有了很大提高，因此世界上大多數品牌的雷射粒度儀都使用半導體雷射器做為光源，半導體雷射器用作雷射粒度儀的光源時，在控制電路上須採取 恆流和恆溫措施，以保證輸出功率的穩定。
  • 一種脈衝雷射功率採集和控制系統的設計
    具體為以峰值保持電路為主的小信號採集電路的設計實現了脈衝光功率的採集，以PID為主的軟體設計又完成了光功率的穩恆輸出。此系統的設計能成功地用在雷射打標機功率控制系統中。關鍵詞：脈衝雷射；光功率；比例積分微分算法0 引言 近幾年來光纖雷射器在雷射打標和雷射加工方面取得了迅速的發展，而用於雷射打標和加工方面的雷射器一般採用峰值功率較高的脈衝光纖雷射器。雷射功率是雷射器最主要的參量，雷射輸出功率嚴重的影響著雷射加工的質量。
  • 半導體雷射器模組的設計研究
    半導體雷射器以其體積小、重量輕、效率高等優點， 近年來受到人們的高度重視， 在許多領域都有廣泛的應用， 例如已被應用於雷射通信、印刷製版、光信息處理等方面。目前，半導體雷射器得到了驚人的發展， 它的波長從紅外、紅光到藍綠光， 覆蓋範圍逐漸擴大， 各項性能參數也有了很大的提高由於半導體雷射器的應用要求其相應的配套電路體積小、穩定性高。相應的雷射器電路設計已成為半導體雷射器組件設計的關鍵技術之一。
  • 如何保護您的半導體雷射器
    半導體雷射器對靜電釋放和電流瞬變都比較敏感。這些因素造成的損害可能導致雷射器輸出功率的減小，閾值電流的平移，以及其他一些破壞性的損傷等。本文整理了如何保護您的雷射器的一些注意事項。
  • 半導體雷射器和氦氖雷射器的比較
    半導體雷射管（LD）的發出的雷射束的發散角非常大，且兩個方向的發散角不同（如下圖），所以絕大多數半導體雷射模塊都要對半導體雷射管發出的雷射進行光束整形。　　半導體雷射器模塊的最終光束整形的效果要視各家公司的光學設計能力有很大的不同。
  • 一種用於光纖雷射器泵浦的半導體雷射器驅動電源
    採用單片機AT89C51實現PID算法進行軟體閉環控制，以縮短系統的動態平衡時間，進一步提高系統的穩定性。給出了限流、延時軟啟動保護電路。經實驗驗證，系統穩定度高、實時性好，可以用於光纖雷射器泵浦。同時半導體雷射器是靠注入電流而工作的，是一種電流敏感器件，驅動電流的很小波動不僅會產生雷射強度噪聲，還會使輸出雷射的波長譜展寬，同時靜電、高壓、浪湧電流以及電網衝擊等都會使半導體雷射器半導體雷射器性能惡化，壽命減短，甚至造成永久性損壞。因此設計一種大功率、高穩定度、性能可高的驅動電源是十分必要的。
  • DWDM系統光發射機溫度控制電路的優化設計
    而且，DWDM系統一般採用40×10G、 80×10G甚至更高的信道復用形式，系統中每個子架用到的光發射機越來越多，電路集成度以及散熱問題也成為了雷射器設計的關鍵。因此，在DWDM系統雷射發射機溫度控制電路中提高控制精度、降低功耗、增加集成度成為設計的核心。
  • 半導體雷射控制器電路原理分析
    本文的設計方案能為大功率半導體雷射器提供有效支持，最大電流可達2. 5A. 1半導體雷射控制器的設計 雷射控制器由受控恆流源，溫度監視及控制電路，主控制器及顯示器構成。整體結構原理見圖1.恆流源可以從0A~2. 5A之間連續可調，以適應不同規格的半導體雷射器。該恆流源是以大功率的MOS管為核心，雷射器作為負載與之串聯，通過控制MOS管的柵極，來實現對雷射器電流的控制。但MOS管是非線性器件，難以直接控制，因此必須將其轉化為線性控制。 如圖2所示，在MOS管串聯一個0. 1Ω的電阻，用於採樣反饋，MOS管的電流變化範圍是0A~2.