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半導(dǎo)體激光器自動功率控制電路設(shè)計

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作者:張瑩 張瑞峰 楊慶 時間:2013-12-26 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏
編者按:設(shè)計了半導(dǎo)體激光器恒定功率驅(qū)動電路,采用負(fù)反饋運算放大電路構(gòu)成恒流源,電容充放電模塊構(gòu)成穩(wěn)壓環(huán)節(jié),以高精度電流檢測芯片MAX4008監(jiān)測PIN光電探測器探測電流,以此為基準(zhǔn),引入功率反饋環(huán)節(jié),穩(wěn)定輸出功率。闡述并分析了電路原理與實驗結(jié)果,表明電路運行穩(wěn)定,實現(xiàn)了精確的自動功率控制。

  0.25mV~2.5V的電壓值需要變換放大到所需要的電壓范圍,這通過由A4組成的同相比例運算電路實現(xiàn),如圖6所示,其比例系數(shù)為1+Rf/R。注意到一點,MAX4008的輸出電阻為10kΩ,而根據(jù)、光強(qiáng)度等的不同,MAX4008的輸出電壓可能會低至幾毫伏,為了防止輸出電壓在下一級輸入會有衰減,在MAX4008與同相比例運算電路之間加一級電壓跟隨器,用于隔離,提高M(jìn)AX4008“帶負(fù)載”的能力。最終,A4的輸出電壓U0與MAX4008輸出電壓UMAX4008的關(guān)系式為:

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/203226.htm

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  實際應(yīng)用應(yīng),Rf和R的阻值需要根據(jù)具體的LD以及參數(shù)來確定。

  實驗結(jié)果與分析

  光電探測器選用SIEMENS SRD00111Z硅光電探測器來模擬集成光電探測器,該光電探測器最高功率譜密度集中在800nm;作為實驗,選用紅色發(fā)光二極管()來模擬。DFB蝶形工作電流一般達(dá)到70mA,遠(yuǎn)超過普通發(fā)光二極管的正常工作電流,因此用20只發(fā)光二極管并聯(lián)構(gòu)成一只大電流發(fā)光二極管,并將其中的一只引出與PIN密封固定在一起,用于探測光強(qiáng)。

  在定量分析中,工作電流與光強(qiáng)、PIN探測電流的關(guān)系未知,為了得到其關(guān)系,實測了一些采樣點:當(dāng)恒流源輸入電壓從400mV逐漸變化到800mV時,以50mV為間隔,測得MAX4008的輸出采樣電壓值如圖7中圓點所示,并利用MATLAB對這些采樣點進(jìn)行2階多項式曲線擬合,擬合曲線如圖中細(xì)實線所示。

  并得到擬合曲線函數(shù)式為:

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  其中,x、y單位均為mV。

  假設(shè)半導(dǎo)體激光器工作在70mA,根據(jù)(1)式,計算得到恒流源的輸入電壓應(yīng)為700mV;將700mV帶入擬合公式(6)式,得到MAX4008輸出電壓約為2.55mV;再由(5)式,并取R=1kΩ、Rf=100kΩ,計算得到輸入到電壓比較器反相輸入端的電壓為257.55mV,因此,為了讓MAX4008輸出電壓為2.55mV,就需要設(shè)定電壓比較器的同相輸入端電壓為257.55mV。此外,還需要使充放電電容電壓維持在4.3V附近,因為在4.3V附近電容的充放電速率基本相同,而恒流源的輸入又需要穩(wěn)定在700mV附近,因此,這里采用電阻分壓的方法,將4.3V轉(zhuǎn)換到700mV。圖8是電路上電穩(wěn)定后捕捉到的電壓比較器輸出端波形圖,圖中連續(xù)跳變的高低電平說明自動功率控制過程已建立。

  我們知道,PIN光電二極管的探測電流可以反映探測的光強(qiáng)度,因此通過觀察MAX4008輸出電壓的穩(wěn)定性即可間接對LED發(fā)光二極管功率穩(wěn)定性做出判斷。圖9是設(shè)計電路連續(xù)工作6個小時,每隔半個小時,MAX4008輸出電壓的采樣值。

  圖9表明,MAX4008的輸出采樣值基本維持在2.5mV附近,說明發(fā)光二極管功率穩(wěn)定性良好,自動功率控制的功能達(dá)到了設(shè)計指標(biāo)。注意到一點,2.5mV的電壓值和預(yù)期的2.55mV有點偏差,經(jīng)分析,這種偏差是由以下兩方面因素構(gòu)成的,首先,電阻實際阻值和理論值的偏差導(dǎo)致了信號值的偏移;其次,對于毫伏級別的信號,的同相和反相輸入端并非理想虛短,從而導(dǎo)致了信號值的偏移。

  結(jié)束語

  根據(jù)模擬電路理論和反饋理論知識,設(shè)計了半導(dǎo)體激光器自動功率控制電路,實驗表明,電路可以穩(wěn)定輸出功率,實現(xiàn)精確的控制。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、使用零部件少和容易調(diào)整等特點。MAX4008芯片簡化了PIN光電探測器檢測電路,提高了電流檢測精度。此外,在正式接入半導(dǎo)體激光器之前,還需要考慮一些問題,比如電源浪涌沖擊問題,因為半導(dǎo)體激光器是非常敏感且脆弱的元器件,不適當(dāng)?shù)墓ぷ鳝h(huán)境將導(dǎo)致半導(dǎo)體激光器永久性損壞[5,6],因此保護(hù)特性應(yīng)當(dāng)考慮進(jìn)來,以防止光學(xué)元件因瞬變電流而受到損害。

  參考文獻(xiàn):
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