Mazda4you.ru

Мазда №4
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Маломощный стабилизатор тока для питания лазеров

Как работает

2.7-3 Вольта МАКСИМУМ, ток, протекающей через него менее 17 мА (при рекомендованном 20 мА). Светодиод светит из-за открытого транзистора T1, который открывается через резистор R1. Теперь посмотрим на токоследящий резистор R2, суть в том, что напряжение на нём можно узнать, перемножив его сопротивление на ток, протекающий через него (по закону Ома). Сейчас гляньте на второй транзистор T2, между его база-эмиттером и включён этот резистор-шунт. При увеличении тока через цепь светодиод-переход коллектор-эмиттер T1-резистор T2 на последнем будет падать большее напряжение и когда оно достигнет такого значения, когда откроется T2 (

0,6-0,7В), базе NPN транзистора T1 будет притянута к минусу, он прикроется — это последовательная отрицательная обратная связь.

Испытание и стабильность

Но, если в случае индикаторного светодиода всегда можно подключить резистор с большим запасом, то при питании таких требовательных устройств как оптические квантовые генераторы стабилизатор уже необходим, ибо убить лазер легко.

Для такого лазера (650 нм 5 мВт) номинальный ток до 40 мА. Выходное напряжение составило 2,07 В, то есть потребляемая мощность 35 мВт.

Расчёт токоопределяющего резистора

Напряжение насыщение UБЭ (для кремниевого биполярного транзистора 600-700 мВ) делим на желаемый ток:

Если заявленный ток нагрузки 20 мА, то возьмите с запасом в меньшую сторону, например 17 мА:

Нужно знать наименьшее напряжение питания и ток стабилизации, например у меня это Uмин = 5 В, Iст = 17 мА, таким образом чтобы была возможность обеспечить на выходе расчётный ток, ток базы должен составлять:

Тогда сопротивление резистора:

Но нужно брать с запасом в меньшую сторону, то есть не менее 4.2 кОм.
Также при больших значениях Iст нужно не забыть о мощности резистора R2, она должна быть не менее:

Печатная плата

Демонстрация работы

Ремонт CD-проигрывателей. CD-players repair CD-ROM

К системам автоматического управления можно отнести схемы: фокусировки луча на поверхности диска; отслеживания дорожки (трекинга); управления скоростью вращения диска; PLL (извлечения цифровых данных с потока считываемой информации); поддержания постоянной мощности излучения лазерного диода. Все настройки желательно проводить по документации.

  • по максимальной амплитуде сигнала EFM выставляют баланс (EF-Bal) и смещение (TE-Offset) трекинга;
  • по четкости сигнала EFM или минимальной амплитуде сигнала FER настраивают смещение фокуса (FO-Offset);
  • по амплитуде FER и TER выставляют сигналы фокусировки и трекинга: FGain и TGAIN соответственно;
  • настраиваем PLL-детектор по стабильному захвату сигнала EFM.

3.1 Система автофокусировки луча

Сервосхема фокусировки предназначена для компенсации биений компакт-диска (вверх-вниз).

    Fofs (Focus Offset) — смещение фокуса, т.е. постоянная составляющая напряжения на катушке фокусировки. Настраивать смещение фокуса нужно с помощью осциллографа. Сигнал EFM при развертке 5. 10 МГц должен быть максимально четким и сфокусированным (рис. 3.1).

    Рис. 3.1. EFM сигнал и его регулировка

  • запустить CD;
  • запомнить расстояние от линзы к диску (чтобы можно было увидеть линзу при воспроизведении, нужно частично разобрать механику);
  • остановить CD;
  • регулируя Fofs, выставить такое же расстояние от линзы к диску, как и при воспроизведении.

3.2 Система автотрекинга

Система автотрекинга используется для точного отслеживания информационной дорожки на поверхности компакт-диска.

  1. TE, TEGain — сигнал ошибки трекинга. При заниженном уровне сигнала возможны частая потеря дорожки или срыв ее отслеживания. При завышенном уровне слышен сильный механический шум катушки трекинга, увеличивается время поиска трека (проверяется перемоткой по трекам). На практике выбирают среднее значение.
  2. EF-Balans, EF — баланс трекинга. Регулятор изменяет амплитуду сигнала с датчика E или F, чтобы направить луч точно по дорожке компакт-диска.

  • немного уменьшить амплитуду сигналов FE и TE;
  • легкими толчками корпуса сбивать трекинг (приводить к потере дорожки);
  • по таймеру на дисплее отслеживать, в какую сторону перепрыгивает головка: вперед или назад;
  • настроить регулятор баланса таким образом, чтобы при постукивании трек сбивался то вперед, то назад приблизительно на минимальное время;
  • восстановить прежний уровень сигналов FE и TE.

3.3 Система управления скоростью вращения диска (СУСВД)

СУСВД используется для обеспечения постоянной линейной скорости считывания компакт-диска. Данная сервосхема функционирует полностью в автоматическом режиме и настроечных элементов не имеет. Требования к точности оборотов двигателя довольно низкие (что объясняется описанными ранее особенностями СУСВД), поэтому используются недорогие двигатели.

3.4 PLL-детектор

PLL-детектор используется для выделения информации из считанного сигнала. Его настраивают по надежному захвату сигнала EFM и по максимальному проценту выделения (100%) полезных цифровых данных. Для захвата частоты в детекторе применяются схемы частотной и фазовой автоподстройки. О наличии выделенных детектором цифровых данных можно судить по аудиосигналу на выходе, изменению времени трека на дисплее в режиме «Воспроизведение» или по начальному считыванию информации после загрузки диска.

Для настройки данной сервосхемы может использоваться подстроечный резистор или подстроечный колебательный контур. При неправильной настройке диск вращается, но звук на аудиовыходе некачественный (из-за выпадения данных слышны шорох и треск) или диск вообще не считывается. На практике ползунок подстроечного резистора устанавливают в среднее положение между двумя крайними позициями, в которых проигрыватель перестает считывать информацию. Практически настраивать колебательный контур приходится очень редко. Потребность в этом может возникнуть при искажении аудиосигнала, шорохе и треске в нем. В некоторых моделях проигрывателей подстроечные элементы детектора отсутствуют.

3.5 ALPC и настройка тока

Система автоматического контроля питания лазера поддерживает на заданном уровне мощность излучения лазерного луча.

В корпусе лазерного диода (рис. 3.2) вмонтирован фотоприемник VD2, который контролирует мощность излучения лазерного диода VD1. Нужный ток задается резистором R1. Подстроечный резистор может быть расположен на корпусе лазерной головки или на плате проигрывателя. Схема питания с помощью транзистора VT1 управляет током лазера.

Рис. 3.2. а). размещение выводов лазерного диода; б). схема ALPC

Сгенерированный лазерным диодом луч можно увидеть на фокусирующей линзе в виде красного пятна диаметром около 1 мм. Основная частотная составляющая лазерного луча лежит в невидимом спектре (длина волны 780 нм). Присутствие красного свечения на фокусирующей линзе еще не свидетельствует об исправности лазерного диода. Категорически запрещается смотреть прямо на линзу, потому что луч, сфокусировавшись на сетчатке глаза, может ее повредить. Человеческий глаз — намного ценнее проигрывателя! В неисправных ЛГ можно наблюдать рассеянное свечение на всей поверхности линзы. Это связано с потерей когерентности луча.

Настройка: Рабочий ток лазерного диода можно узнать по этикетке на корпусе оптического блока или по документации (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Этикетка на оптическом преобразователе фирмы Sony

Три последние нижние цифры, деленные на 10, обозначают ток в миллиамперах (44,6 мА). Измерить ток лазера I можно миллиамперметром, включенным последовательно в цепь питания лазерного диода, но гораздо удобнее измерять ток по падению напряжения DU на ограничительном резисторе в цепи питания лазера (R2 на рис. 3.2). Ток определяют по закону Ома: I=DU/R2.

В среднем ток лазера составляет 50 мА. Со временем лазерные диоды деградируют, теряя эмиссионную способность, «садятся» (в основном после 5-10 лет эксплуатации). Если лазер «подсевший», то амплитуда с фотодатчиков занижена и недостаточна для обеспечения нормального уровня сигналов EFM, FE, FOK. Из-за этого возможны выпадение аудиоданных и, как результат, плохое считывание дисков и треск на аудиовыходе. Также нужно иметь в виду, что амплитуда сигнала с датчиков при использовании CD-R болванок в 1,5-2 раза ниже, чем в обычных дисках. Поэтому, чтобы «подсевший» диод излучал луч требуемой мощности, нужно увеличивать ток до 70. 80 мА. Поступать так можно только в исключительных ситуациях, удостоверившись, что другого выхода нет. При увеличении тока до 70. 80 мА деградация диода возрастает и соответственно резко уменьшается срок службы. На практике такие диоды работают не более 1-2 лет. При увеличении тока до 100. 120 мА диод перегревается и моментально выходит из строя. Замена лазерного диода невозможна и придется полностью менять оптический блок.

Нежелательно изменять ток лазера без измерительного прибора, потому что в некоторых позициях ползунка регулятора ток может превысить 100. 120 мА.

При замене лазерной головки (оптического блока) нужно иметь в виду, что лазер может быть поврежден статическим электричеством. В новых ЛГ диод закорочен на корпус. При установке перемычку нужно отпаять, чтобы не повредить ALPC.

Все права защищены. При попытке воспроизведения информации ссылка на источник обязательна.

Лазерный модуль

Arduino Uno

Лазерный модуль – это универсальный узел для многих электронных устройств, способный испускать луч. Его можно использовать в сферах приборостроения в зависимости от характеристик, точнее больше от характеристик диода, являющимся основным компонентом узла. Говоря обычным языком, это сложный узел, генерирующий луч, необходимый для поставленных целей. Например, гравировка или резка. Лазеры меньшей мощности применяют при измерениях, в медицине, для простых указок.

Состоит он из нескольких элементов:

  • корпус — радиатор, цилиндрический или прямоугольный;
  • лазерный диод, самая дорогая, главная часть;
  • оптическая линза, фокусирующая луч.
  • драйвер тока, источник питания, в идеале с управлением под TTL,что позволяет управлять силой излучения;
  • вентилятор охлаждения.

Типы лазерных диодов

Делятся они по спектру излучения (видимым цветом). И по мощности. Единицей измерения, на которую нужно ориентироваться при покупке, это нанометр – он означает длину волны, от которой и зависит цвет. Различают такие виды:

  • Фиолетовый – 405.
  • Синий – 445.
  • Зеленый – 532.
  • Красный – 650.
  • Инфракрасный (невидимый) – 808.

Цвет не играет основополагающей роли в производительности. Основной показатель при определении применения будет мощность. Единица измерения Ватт. Техника с маленькой силой в 1 мВт используются в быту. А вот уже в 1 Вт – способен выжигать и резать. Стоит помнить, данные указанные на упаковке – это та сила луча, получаемая чистом виде. Если заявлено 5 Вт, то и на выходе будут именно они. Не так как со световыми приборами, когда КПД лампочки гораздо ниже на выходе, чем подаваемая на нее (пишется подаваемая). Излучение делится на коллимированное и фокусированное и может иметь отражаться точкой, крестиком, линией, несколькими линиями, кружком, решеткой. Фокусирование на точке или линии распространено для применения в маркировке или вырезании. Главное провести правильную фокусировку.

На установках производится гравировка или вырезание фигур на нетолстой фанере, коже или тканях. Более серьезные работы проводятся не дома сильными лазерами. Если целью будет гравировка, то тут предпочитайте не мощность, а точность фокусировки луча. Для резки параметр ценный, но увеличьте мощность. Рассматривать для домашнего гравера предпочтительнее излучатели синего спектра, они не только самые доступные, но и самые сильные в линейке.

Что касается второго показателя. С двумя с половиной Ваттами уже можно не только гравировать, но и резать материалы. Однако, если вырезать собираетесь много, то лучше взять от 5.5 Вт до 7 Вт. Такие компоненты чаще всего заказываются в Китае, однако, есть хорошая возможность купить лазерный модуль с гарантией и быстро и у нас. Так как модуль – это основной компонент станка, то экономить на нем не стоит. Не верьте, если указанные значения превышают пять на китайских механизмах. Уже давно известно, просто повышенное значение тока быстро «убивает» дорогой прибор, так как реальная слабее.

Подключение и настройка модуля

Питание бывает пять вольт и двенадцать. Пятивольтовые удобны для подпитки от батареек, пауэрбэнков. Но 12 Вольт могут унифицировать источник для всего гравера, так как там применяются шаговые двигатели с таким же вольтажем и потребуется один блок. Присоединение мини-модуля к механизму требует знаний. Не стоит забывать про TTL driver. Если он не входит в состав, обязательно подключить его отдельно. Желательно не рисковать, чтобы не испортить дорогой диод, а руководствоваться схемами, которые можно найти и у нас на сайте.

Зачем вообще нужен драйвер. Прямое подключения к микроконтроллеру невозможно, потому что ток, необходимый для лазера превышает допустимые значения для контроллера. Нам надо управлять процессом, поэтому устанавливать в идеале TTL с регулировкой. Если TTL внешний, подключаем излучатель к нему одним проводом (второй провод подключает вентилятор), от драйвера ток идет уже к блоку. При одном блоке питания для этих гаджетов на GRBL shield можно подключиться только в пин Z + без минуса. Уже используя программу управления на компьютере проверяем, как работает драйвер. Если такой элемент отсутствует, то нет возможности рисовать картины, потому что не будет в функциях градиента. Просто для вырезания данным элементом можно не пользоваться, а применить простое реле для преобразования тока.

Что обычно идет в комплекте. Блок питания не помешает и сэкономит время на его поиски, но если собираете свой аппарат, возможно, он уже есть. Поэтому эта вещь в комплекте вариативная. Вентилятор охлаждения и драйвер, как уже говорилось, – важные предметы. Если TTL будет нерабочим, качество выпускаемых изделий и удобство пользования прибором будут не идеальными. Также это сократит срок работы гравера. Обязательно нужны очки при работе с лазером! Желательно, чтобы производитель поставлял в комплекте со своим модулем, подходящие для спектра. Или давать грамотные рекомендации по качеству очков.

Механическое подключение узла к устройству зависит, естественно, от самого типа прибора. Здесь необходимо иметь четкое представление о схеме, для установок важна фокусировка, расстояние от изделия, направление лазера. От этого зависит качество.

Как собрать лазерный гравер самостоятельно Вы можете прочитать здесь.

В целом, приобретая готовый лазерный модуль, собрать собственное устройство становиться легче. Главное не забывайте о правилах безопасности и правильном выборе поставщика и производителя оборудования. Тогда станок, собранный своими руками порадует не только Вас, но и Ваших клиентов. Подключайте оборудование только по схемам, идущим в комплекте. Не пренебрегайте правилами безопасности, лазер — не игрушка, а мощный излучатель, который может с легкостью повредить глаза.

Почему лабораторный блок питания не подходит для непосредственного управления лазерным диодом?

Я рассчитываю управлять некоторыми лазерными диодами (50 мВт) на очень скромной мощности (50%), используя простые схемы, несомненно, менее сложные, чем большинство лабораторных блоков питания.

Почему этот сайт говорит, что это не вариант? Я понимаю изменения температуры, шум, импульсы, пики, индуктивности и т. Д., Как описывает сама страница.

Но, так как у меня будет много, если запас прочности, с грубым и готовым источником постоянного тока, который делает то, что он говорит о олове, я думаю, плюс более чем достаточно рассеивания тепла, в чем проблема? Сколько шума и индуктивности может быть?

Питер Грин

транзистор

Раздел «Не вариант» гласит:

Важно, чтобы диодные лазеры всегда имели регулируемый драйвер либо в режиме автоматического регулирования тока, либо в режиме автоматического управления мощностью. Стандартный лабораторный источник питания не подходит для управления ими напрямую.

Вы сослались на второе предложение, в котором говорится, что «лабораторный источник питания не подходит». Предыдущее предложение говорит о том, что блок питания с автоматическим контролем тока подходит, но намекает на то, что он не идеален.

введите описание изображения здесь

Рисунок 1. Выдержка из случайно выбранной таблицы данных U-LD-650543A, показывающая кривые зависимости мощности от прямого тока при различных температурах.

Мы видим, что для этого лазерного диода при постоянном токе, скажем, 15 мА, выходная мощность упадет с 2,5 мВт до 1 мВт при повышении температуры с 25 до 40 ° С. Это защитит диод за счет изменения выходной мощности при изменении температуры, поэтому, по крайней мере, вы сэкономите лазер, но ваше приложение может работать ненадежно.

Короче говоря, лабораторный источник питания с ограничением напряжения не сможет защитить лазер, источник питания с ограничением тока защитит его, но не даст постоянной мощности, а блок питания с регулируемой мощностью даст оптимальную производительность.

Ваша связанная статья продолжает (в разделе «В поисках постоянной власти»):

Для автоматического управления мощностью используется мониторный диод, встроенный в лазерный блок для обратной связи. Лазеры со встроенными контрольными диодами доступны в трех конфигурациях, все с общим выводом, подключенным к их корпусу, который часто электрически соединен с землей. Выходной сигнал от встроенного диода монитора не подходит для калибровки. При данной выходной мощности ток монитора может варьироваться в 10 раз от лазера к лазеру.

Таким образом, лучший способ управления лазером — это контролировать выход оптической мощности с помощью встроенного фотодиода. Есть три общих соглашения.

введите описание изображения здесь

Рисунок 2. Три различных расположения диодов контроля. LD = лазерный диод. MD = контрольный диод. Источник: Driving Diode Lasers — Простая процедура (ссылка OP).

Схема рисунка 2 показывает каждую из трех схем. Обратите внимание, что в каждом случае LD смещен в прямом направлении, а MD — в обратном, как обычно в фотодиодных приложениях. Напряжение на MD будет увеличиваться с увеличением уровня падающего света. Операционный усилитель контролирует это напряжение и, по мере его повышения (что указывает на увеличение мощности лазера), уменьшит нагрузку на транзистор LD. Цепь стабилизируется на заданном уровне выходной мощности.

Показаны три варианта:

  1. P-тип: MD-анод и LD-катод имеют общий терминал. Общий терминал пакета подключен к нижнему рельсу одного рельса питания.
  2. N-тип: катод MD и анод LD совместно используют общий терминал. Общий терминал пакета подключен к верхнему рельсу одного рельса питания.
  3. М-тип (смешанный): катоды имеют общий терминал. Для этого варианта требуется разделенная шина.

Важным моментом здесь является то, что MD используется для регулирования мощности LD.

введите описание изображения здесь

Рисунок 3. Распиновка U-LD-650543A.

Распиновка моего случайно выбранного лазерного диода показывает, что это N-тип. Обратите внимание на разницу в терминологии: PD, фотодиод по сравнению с MD, контрольный диод, на рисунке 2.

Тони Э. Ракетолог

Тони Э. Ракетолог

Sparky256

Если вы прочитаете подробности на этом веб-сайте, в нем говорится, что обратная связь и регулирование температуры важнее, чем текущее регулирование.

При заданном ограниченном токе лазерный диод нагревается и может иметь незначительные сдвиги в длинах волн, которые вызывают повышение температуры диода.

Настольный источник питания имеет регулировку тока и напряжения, но не может измерять температуру лазерного диода и откатывать ток, если лазерный диод нагревается. Предполагается, что источником питания является хорошо отфильтрованный постоянный ток с большим количеством тока источника.

Вам необходим источник истинного лазера, который включает измерение температуры лазера, чтобы он мог уменьшить допустимый ток возбуждения. Обычный настольный источник питания запускает лазер, но лазер может загореться в течение нескольких минут.

Цитата с этого сайта, а также его URL.

Часто игнорируемым фактором при работе с диодными лазерами является влияние температуры на соотношение между выходной оптической мощностью и рабочим током. В то время как пороговый ток увеличивается с ростом температуры, выходная оптическая мощность и дифференциальная эффективность снижаются. Таким образом, схема возбуждения должна иметь функцию безопасности, которая гарантирует, что значительное повышение температуры не разрушит лазер.

Тони Э. Ракетолог

короткий ответ

Устойчивость к лазерным диодам очень нелинейная с несколькими режимами теплового убегания. Вот почему вам не рекомендуется использовать простой ограничитель постоянного тока, пока вы не поймете, почему нет.

Вы должны использовать внутренний оптический диод с обратной связью (PD) с низким ESL обратным фиксированным регулированием мощности. Или разработайте тот, который работает (предупреждение) или контролируйте температуру лазера с помощью прямого диода (не в порядке, медленнее . предупреждение, но в порядке для светодиодов)

как это работает? (чтобы вы могли понять почему)

Рассмотрим лазерный диод с прямым порогом <1 В и номинальным прямым током, скажем, 1,2, с дифференциальным сопротивлением, обратно связанным с номинальной мощностью. Оптический резонатор является формой положительной обратной связи с потерями, и когда порог возбуждения для «генерации» достигнут, он превращается из светодиода в резонансный режим LASER («усиление света за счет вынужденного излучения излучения»)

Ток генерации теперь повышается примерно до 10 раз, как правило, если регулируется, а также мощность немного больше, чем это и все еще, имеет положительное дифференциальное сопротивление, которое является положительным температурным коэффициентом (PTC) R против температуры. приводя к большему количеству энергии и теплового разгона. Если температура перехода повышается в миллисекундах из-за плохого сопротивления радиатора и достаточного тока при некотором напряжении, у вас перегорел лазерный диод.

Между тем, пороговое напряжение перехода может иметь характеристику PTC или NTC в зависимости от типа. Рассмотрим отрицательный температурный коэффициент (NTC). Это определяется эффектом Шокли и зависит от химического состава, температурных градиентов на стыке и других факторов, таких как диодный фактор идеальности. Скажем, он снижает пороговое напряжение насыщения диода Vt, 100 мВ на каждые 100 ° С, увеличение тока или -1 мВ / ‘С. Я предполагаю, что вы знаете, что все диоды, основанные на факторе Идеальности, имеют некоторую постоянную Vt против log (If), и когда этот наклон начинает падать (на определенную величину), он начинает насыщаться и работать только как тусклый светодиод и имеет размер микросхема (которая является фактором в номинальной мощности) контролирует дифференциальное сопротивление объемного интерфейса кристалл / электрод (аналогично ESR, но не совсем). Эта часть также имеет PTC, в то время как кристаллический диод имеет NTC. Таким образом, если у вас был ограничен ток источника напряжения, а в серии R падение Vf или Vt, то в серии R теперь наблюдается большее падение напряжения для увеличения тока, что приводит к возможному тепловому срыву при увеличении объемного сопротивления.

Так что же такое лучшая практика?

Поэтому, если у вас есть крошечный диод с обратным смещением для улавливания внутреннего отражения и дополнительный вывод для этого датчика, вы можете обнаружить ток излучения света * R = Напряжение в ххх мВ, чтобы использовать его в качестве обратной связи для жесткой регулировки тока низкого ESL вашего лазера ,

Затем вы рассчитываете свой коэффициент теплового сопротивления в зависимости от температуры окружающей среды, чтобы обеспечить минимальное повышение температуры перехода в конструкции, поскольку лазерные диоды могут работать в течение 1000 часов с максимальным значением в диапазоне 1

10 Вт, поскольку в законе химии Арфениуса говорится, что скорость старения материала удваивается примерно каждые 10 градус С. Таким образом, вы хотите сохранить его как можно более прохладным при использовании радиаторных методов, подобных процессору. В противном случае у вас есть недолговечный одноразовый указатель.

Теперь я только упомяну, что, если температура перехода Tj слишком быстро возрастает, чтобы ваша система управления реагировала или была слишком горячей, скачок в частотном режиме может снизить эффективность, и теперь ваш уровень фотодиодов обратной связи падает, и ваша обратная связь пытается поднять еще больший ток, и другой сгоревший лазерный диод (если вы не умышленно обнаружите / отрегулируете вышеуказанное).

если вы знакомы с генераторами положительной обратной связи или тем, как отрицательная обратная связь приводит к большой задержке, приводит к нестабильному управлению или перерегулированию, тогда вы оцените шутку.

Аббревиатура LOSER для «колебания света при вынужденном излучении» была бы более правильной.

голоса
Рейтинг статьи
Читать еще:  Китайский мопед альфа регулировка клапанов
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector