طراحی منبع تغذیه لیزر نیمه هادی کم توان

طراحی منبع تغذیه لیزر نیمه هادی کم توان

با استفاده از نیمه هادی در ارتباطات، اندازه گیری و کنترل، پزشکی، اپتیک یکپارچه و سایر زمینه های فنی با کاربرد گسترده، توجه آن نیز در حال افزایش است، زیرا طراحی با دقت بالا، عملکرد قابل اعتماد، اقتصادی و قدرت رانندگی بادوام تبدیل به فوری ترین فعلی ما شده است. مشکل، به دلیل لیزر نیمه هادی "ظریف" ویژگی ها، استفاده از قدرت باید در عملکرد و کیفیت کنترل دقیق باشد.

ویژگی های انتقال لیزرهای نیمه هادی

در دمای معین، زمانی که جریان محرک کمتر از جریان آستانه باشد، توان نوری خروجی P لیزر تقریباً صفر است و لیزر نیمه هادی فقط می تواند فلورسانس کند. هنگامی که جریان محرک بالاتر از آستانه باشد، لیزر خروجی می شود و توان خروجی نوری با افزایش جریان محرک به سرعت و به صورت خطی افزایش می یابد. در کاربرد عملی، دو الزام باید برای دیود لیزر مطرح شود، یکی جریان آستانه پایین، دیگری منحنی PI پایدار. اصولاً در مورد یک ماده کاری خاص، فرکانس لیزر خروجی لیزر نیمه هادی باید با طول حفره تشدید و شدت منبع تحریک مرتبط باشد، به عبارت دیگر فرکانس خروجی لیزر نیمه هادی بستگی دارد. در دمای محل اتصال PN و اندازه جریان تزریق. علاوه بر این، از آنجا که اتصال PN نیمه هادی کاملا شکننده است، ضربه جریان کمی باعث آسیب می شود، بنابراین در استفاده خاص از لیزر نیمه هادی، ما الزامات بسیار سختی در مدار منبع تغذیه و مدار مدولاسیون آن داریم.

ما می‌توانیم با جایگزین کردن پیوند همگن با یک اتصال ناهمگن، جریان آستانه را دو مرتبه قدر کاهش دهیم و مشکل پایداری تنها با دمای ثابت خارجی و بازخورد نوری قابل بهبود است. برای لیزر نیمه هادی عمومی، دیود لیزر یک اتصال به جلو است، دیود نوری یک اتصال معکوس است. جریان نور تبدیل شده توسط نور، قدرت نور را به صورت ولتاژ روی مقاومت منعکس می کند. مدار کنترل را می توان برای دستیابی به هدف کنترل قدرت نور اضافه کرد.

طراحی مدار

نوع دیود لیزری مورد استفاده در آزمایش HT670T5 است که دارای طول موج 650 نانومتر و توان نامی 30 میلی وات است.

منبع تغذیه خطی مدار منبع جریان دارای ویژگی های دقت بالا، پایداری بالا اما راندمان پایین است. با این حال، با توجه به نیاز دقیق لیزر نیمه هادی در دقت منبع تغذیه، ما یک منبع تغذیه خطی انتخاب کوچک طراحی می کنیم.

به منظور برآورده کردن الزامات دقت و پایداری، سرکوب امواج و کاهش نویز، یک ماژول تنظیم دو مرحله ای طراحی شده است. تراشه تنظیم کننده ولتاژ در مرحله اول استفاده می شود که با گسترش جریان به ماژول تنظیم مرحله دوم منتقل می شود. برق اصلی از طریق فیلتر شبکه برق وارد ترانسفورماتور می شود و تا 21 ولت (مقدار پیک) کاهش می یابد. پس از فیلتر یکسوسازی (مدار خاص حذف شده است)، از مدار تنظیم کننده مرحله اول متشکل از بلوک یکپارچه رگلاتور و مدار گسترش جریان عبور می کند. پس از آن از طریق سری - نمونه برداری - بازخورد - تنظیم آخرین مرحله، خروجی نهایی.

در طراحی مدار منبع جریان ثابت خاص، بار به انتهای خروجی آن اضافه نمی شود، بلکه به انتهای ورودی تنظیم کننده ولتاژ LM317T اضافه می شود. برای بار واقعی، ورودی تنظیم کننده ولتاژ LM317T به عنوان منبع جریان ثابت عمل می کند. از آنجایی که ترمینال خروجی تنظیم کننده ولتاژ به بار کاذب R1 متصل است، بنابراین بدون توجه به بار واقعی در دو سر مقدار واقعی ولتاژ، جریان ثابتی مصرف می کند. ولتاژ روی رگولاتور ولتاژ و بار کاذب R1 باعث افت کل ولتاژ مجاز مدار می شود. جریان بار توسط R1 تنظیم می شود که 1.25A/Ω x R1 است.

مدار صفر کردن ریپل به منظور کاهش ولتاژ ریپل منبع تغذیه جریان ثابت، لازم است مدار ریپل صفر کردن را به مدار اضافه کرد. در عملکرد عادی، تنظیم پتانسیومتر صفر کردن ریپل می تواند ولتاژ ریپل خروجی را بسیار کوچک کند. جزء موج دار به طور خازنی به ورودی معکوس opamp کوپل شده و در یک مدار خاص ریپل صفر کردن به پایه لوله تنظیم کننده تقویت می شود. بنابراین می توان به اثر فوق دست یافت.

در کاربرد عملی، لیزر به راحتی توسط جریان موجی ناشی از تداخل سایر وسایل الکتریکی در همان مدار آسیب می بیند. به منظور محافظت از لیزر در برابر ضربه جریان موج، می‌توانیم مدار استارت آهسته را به مدار اضافه کنیم. علاوه بر این، به منظور محافظت بهتر از لیزر، ما می توانیم 2SA1015 و 2SC1815 و انواع دیگر لوله های مکش را انتخاب کنیم، در فرآیند تولید منبع ولتاژ اساسا می تواند از عملکرد ایمن لیزر محافظت کند. در ترکیب با فیلتر شبکه برق، مدار به یک مدار حفاظت محدود کننده جریان ساده تبدیل می شود.

نتیجه آزمایشی

منبع تغذیه طراحی شده در این مقاله، از طریق استارت آهسته، ریپل صفر کردن و مدارهای دیگر، اثر کاربردی خوبی در آزمایشگاه دارد و مشکل ناپایداری توان خروجی دیود نیمه هادی در استفاده را بهتر حل می کند. با توجه به محدودیت پهنای باند اسیلوسکوپ، نتایج اندازه گیری به شرح زیر است:

منبع جریان: موج و نویز جریان: 0.1uA

منبع ولتاژ: ریپل: 0.01 میلی ولت

موج و نویز جریان: 0.5uA

محدوده تنظیم: 0-500 میلی آمپر