無線激光通信光發(fā)射模塊的研究
加入技術(shù)交流群
在下半部分電路中，將恒電流反饋或恒功率反饋控制信號(hào)通過運(yùn)放放大，其中運(yùn)放仍采用U10中的內(nèi)部放大器，將該運(yùn)放作為電壓跟隨器，輸出信號(hào)進(jìn)入運(yùn)放U11A的正向輸入端實(shí)現(xiàn)放大。U11B為運(yùn)放減法電路，將上級(jí)放大輸出信號(hào)與參考電壓進(jìn)行比較輸出，VD10為穩(wěn)壓二極管提供穩(wěn)定電壓，調(diào)整滑動(dòng)變阻器R77和R70構(gòu)成的分壓電路來實(shí)現(xiàn)比較器負(fù)輸入端參考電壓的設(shè)定。在該部分電路設(shè)計(jì)中，自動(dòng)增益控制電路中的放大器選取帶寬較窄、轉(zhuǎn)換速度不能過快的放大器為宜。由于調(diào)制頻率為kHz數(shù)量級(jí)，因此帶寬過大會(huì)有很大的噪聲干擾，為了使自動(dòng)增益控制電壓維持恒定，必須使該電壓變換緩慢，所以選取轉(zhuǎn)變速度較為緩慢的運(yùn)算放大器。R61為恒電流模式中的采樣電阻，即它將LD的電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，通過反饋回路作為恒流控制信號(hào)，將該小信號(hào)放大供給后續(xù)反饋回路。
由于LD的輸出功率與驅(qū)動(dòng)電流有關(guān)，所以驅(qū)動(dòng)電流的穩(wěn)定性是決定LD的輸出光功率穩(wěn)定與否的一個(gè)關(guān)鍵因素。本設(shè)計(jì)采用了自動(dòng)增益電路對(duì)參考電壓Refl進(jìn)行控制，即穩(wěn)定了電流又起到了限定電流作用，而且結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用。
2．2 溫度控制(ATC)電路設(shè)計(jì)
激光器的輸出受環(huán)境溫度和本身溫度變化的影響非常嚴(yán)重。主要是由于PN結(jié)的內(nèi)部承受著相當(dāng)大的電流密度和熱耗散功率密度，不可避免地存在各種非輻射、自由載流子吸收等損耗。相當(dāng)一部分注入電功率將轉(zhuǎn)化為熱量，引起激光器溫度升高，從而影響其激光的輸出。為了穩(wěn)定輸出功率和波長必須穩(wěn)定激光二極管的溫度，因而必須使用溫度控制電路對(duì)激光器加以溫度控制。
溫度控制電路設(shè)計(jì)主要包括兩部分：由負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻組成的橋式放大電路，該部分電路主要是采用OPA1177芯片和外圍電路組成；另外是以由半導(dǎo)體熱電制冷器的驅(qū)動(dòng)控制組成電路，該部分電路主要采用專用熱電制冷器控制芯片構(gòu)成。溫度控制原理為：裝在激光器組件內(nèi)的熱敏電阻將激光二極管的溫度變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，此小信號(hào)經(jīng)過放大后送入TEC芯片電路，該電路將輸入電壓與參考電壓比較后產(chǎn)生控制信號(hào)，控制熱電致冷器的電流輸入及方向，使其制冷或加熱，從而改變激光二極管的溫度，此溫度變化就會(huì)反映到熱敏電阻上，即構(gòu)成了一個(gè)溫度負(fù)反饋系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)地控制激光二極管的溫度，從而起到穩(wěn)定溫度的作用，使溫度穩(wěn)定在設(shè)定值上。
2．2．1 熱敏電阻前置放大電路設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)熱敏電阻前置放大電路如圖3所示。U14為將+5 V轉(zhuǎn)變?yōu)?2．5 V的高精準(zhǔn)參考電壓源，該參考源有極低的噪聲、低的溫度系數(shù)，減少了該放大電路輸出端由于電源引起的噪聲干擾。R2、R3、R4和激光器內(nèi)部負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻組成橋式放大電路的4個(gè)橋壁，當(dāng)熱敏電阻隨溫度變化阻值發(fā)生變化時(shí)，橋壁輸出一個(gè)跟隨溫度變化的電壓差，放大器輸出的電壓反映的正是放大了的熱敏電阻阻值隨溫度變化情況。本文引用地址：http://cafeforensic.com/article/156194.htm
2．2．2 熱電制冷(TEC)控制電路設(shè)計(jì)
溫度控制采用專用的TEC集成控制電路芯片，減少了傳統(tǒng)所采用的積分微分電路，使得設(shè)計(jì)簡單，電路調(diào)試方便，可以直接硬件實(shí)現(xiàn)。其關(guān)鍵控制電路設(shè)計(jì)如圖4所示。
芯片引腳IN+為熱敏電阻經(jīng)過前置放大后的輸出電壓信號(hào)，R9和R12為分壓電阻，為引腳IN-提供一個(gè)穩(wěn)定的電壓。引腳IN+端輸入電壓與引腳IN-端電壓進(jìn)行比較，當(dāng)IN+端電壓引腳大于IN-端引腳時(shí)，由該芯片資料知輸出為制冷模式，反之為制熱模式。該電路通過負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻輸入端電壓大小來控制整個(gè)反饋環(huán)路，當(dāng)溫度升高時(shí)熱敏電阻阻值減小，由圖3知，熱敏電阻端電壓降低，使得OPA1177輸出比較電壓升高，從而使輸入到DRV953的IN+端電壓升高，當(dāng)該電壓大于IN-端相電壓時(shí)，使得該芯片輸出電壓翻轉(zhuǎn)控制激光器半導(dǎo)體制冷器由制熱模式轉(zhuǎn)變?yōu)橹评淠Ｊ?，通過這樣一個(gè)負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)溫度自動(dòng)控制。同理，當(dāng)溫度降低時(shí)同樣遵循該負(fù)反饋原理。通過設(shè)計(jì)合適的外部電路可使溫度穩(wěn)定精度至少控制在±0．1℃。
評(píng)論