SLD光源温度控制及恒流驱动电路设计

本文针对反射式光纤电流传感器所使用的SLD光源设计了相应的温度控制电路以及恒流驱动电路。温控稳定度可达0.2℃,电流稳定度可达0.02%,从而保证了传感器的精度。     

变温环境下SLD恒流源的驱动稳定性研究

超辐射发光二极管（SLD）光源在变温（-45~70℃）环境下的工作稳定性直接影响光纤陀螺的性能,因此,变温（-45~70℃）情况下其恒流源的驱动稳定性就成为系统设计与优化的关键问题之一。根据恒流模式工作原理,建立了等效电路模型,并得到了表征变温环境恒流源稳定性的数学解析式,根据该式给出了变温环境恒流模式设计的设计依据;利用该解析式还对几种不同情况下恒流源的变温稳定性进行了理论分析与计算;最后给出了验证实验,实验结果与理论计算结果相一致。因此,利用该式可以实现对SLD恒流源性能的有效评估,这对于变温环境下SLD光源驱动设计具有重要指导意义。     

SLD光源温控模型中时间延迟特性研究

针对某陀螺厂家新引入的超辐射发光二极管(SLD)光源对微分控制环节依赖性显著的问题,对光源温控环节的传递函数和补偿控制进行了理论和试验分析。理论分析和试验结果表明,SLD管芯温度与TEC电流间的传递函数为时间滞后的二阶系统,该时间滞后源自热敏电阻的位置及其与管芯之间的距离;热敏电阻和管芯间距越大,管芯温度与TEC电流的时间滞后越大,微分环节的滞后补偿作用也就越显著;选择适当的微分参数,可使时间滞后相差较大的不同厂家光源同时获得良好的温控效果。上述结果不仅揭示了SLD光源温控环节时间滞后的来源,还对理解微分环节在SLD温控系统中的作用提供了客观依据。     

SLD光源与温控电路匹配特性研究

针对光源与温控电路匹配问题,开展了光源组件特性的理论和试验研究,分析了影响两者匹配的原因及解决办法。研究结果表明:光源内部组件——半导体制冷器等效内阻RTEC、温控电流ITEC、TEC制冷/加热效率ε和热敏电阻温度系数β,是影响光源与温控电路匹配的主要因素;光源内部各组件特性受自身特性、工艺、散热条件和环境温度等多种因素影响,导致光源与温控电路的匹配也受相应因素影响;当散热充分时,光源与温控电路的匹配特征可近似用RTEC、β、SLD功率PSLD和ITEC表征;在接近光源实际散热条件下进行匹配测试,可提高光源与温控电路的匹配度,减少后期不匹配几率;不同批次、不同厂家生产的光源的组件特性差异较大,重新匹配和调整温控电路参数,可大幅提高光源利用率。     

调制型半导体激光器驱动电路设计

半导体激光器以体积小、质量轻、驱动功率和电流较低、效率高、工作寿命长、可直接调制、易于与各种光电子器件实现光电子集成及与半导体制造技术兼容、可大批量生产等特点得到了广泛的研究与应用,研究和改进激光器驱动电路具有重要的意义。小功率可调谐半导体激光器对驱动电流有很高的要求,驱动电流的微小变化将直接导致其输出光强的波动。为实现半导体激光器的稳定功率输出,基于电流负反馈原理设计包含慢启动和限流保护电路的恒流驱动电路。在电路设计中尽可能利用简单的器件和设计起到改善激光器正常工作的目的。在调制过程中分别利用运放与三极管的不同特性设计出了低频低失真和高频开关调制电路。利用两级放大负反馈原理进行反馈电流的调整,降低闭环带宽,增强了闭环负反馈的稳定性。     

光纤陀螺光源SLD启动时波长的变化机理

基于现代化战争武器和惯导系统对光纤陀螺快启动的强烈需求,对光纤陀螺启动最慢的核心器件光源超辐射发光二极管（SLD）启动时波长的变化机理进行了研究。主要包括对SLD波长随驱动电流和管芯温度的变化规律进行了理论分析和实验验证,得出了SLD的平均波长随驱动电流的增大而减小,变化量约为0.15 nm/mA,随温度线性增加,变化量大约为0.5 nm/℃;根据理论分析驱动电流和管芯温度启动时的变化规律建立了SLD启动时波长的变化模型;通过实验测试得到的驱动电流和管芯温度启动测试结果推导出了SLD启动波长最大变化量达到18 000 ppm;最后根据分析结果提出实现陀螺快启动的波长补偿方案。     

640×512InGaAs探测器驱动电路设计

在介绍了640×512 InGaAs探测器工作原理的基础上,详细分析了InGaAs探测器驱动电路的组成原理、设计方法,重点是偏置电压电路、脉冲电压与控制信号驱动电路、探测器工作温度检测及控制电路的设计等关键技术.采用模拟PI温控电路保证了探测器内部制冷器在温控过程中对探测器无干扰,并能使探测器稳定地工作在合适的温度点,这样有利于提高仪器的信噪比.试验结果表明:该驱动电路满足系统要求,能用于工作温度比较宽的场合,并具有体积小、实用性好、可靠性高等特点.     

基于SoC单片机的小型化SLD光源数字控制系统

为提高光纤陀螺用超辐射发光二极管(SLD)光源的稳定性,实现光源性能检测和评价的灵活性,在光源工程化生产中常采用数字化控制系统对光源进行控制.以SoC单片机C8051F060为控制检测平台,结合高性能TEC控制器ADN8831和数字PID控制算法,设计了一种新型小型化光源数字控制系统.实验表明,该光源数字化控制系统体积小、精度高、操作灵活、可扩展性强,具有良好的实用价值.     

半导体致冷器对SLD光源内部电场的影响

针对超辐射发光二极管(Super Luminescent Diode,SLD)光源输出光功率稳定性的需求,从光源的温控电路出发,建立了SLD恒流回路与半导体致冷器(TEC)之间的电场耦合模型,探讨了SLD光源的重要组件——TEC对其内部电场的影响;分析了光源内部不同组件间的分布电容.研究结果表明:温控电路产生的交流分量作用于光源内部半导体致冷器,产生时变电场,经分布电容耦合到恒流回路中,影响输出光功率的稳定性;SLD光源外壳接地良好,可减小分布电容,从而减小电场耦合对输出光功率的影响.     

384×288非制冷红外探测器驱动电路设计

介绍了384×288非制冷红外焦平面探测器UL03191及其工作原理,分析了非制冷红外焦平面阵列驱动电路组成原理、设计方法,重点是偏置电压电路、脉冲电压信号驱动电路、温度检测及控制电路的设计等关键技术,并对主要驱动信号进行了仿真。     

光纤激光器泵浦源驱动电路的设计

根据通信用光纤激光器泵浦源的要求,结合半导体激光器的特性,设计了一款高性能、低成本的激光器驱动电路(包括恒流电路、控制电路和保护电路)。恒流电路采用达林顿管作为调整管,利用集成运放的深度负反馈实现恒流输出。经实验验证,本设计系统恒流源稳定度达0.03%,纹波较小,可实现对光纤激光器泵浦源激光二极管(LD)的驱动。     

调制型半导体激光器恒流驱动电路设计

半导体激光器驱动电流的微小变化将直接导致其输出光强的波动。为实现半导体激光器的稳定功率输出,基于电压负反馈原理设计了包含软启动和限流保护电路的恒流驱动电路;同时针对为消除背景光的影响而对光源进行调制的需要,设计了包括晶体振荡电路和分频电路的集成激光器调制电路。制作具体电路并完成了相关实验。实验结果表明该电路能够提供高稳定度的驱动电流,电流稳定度达0.05%;软启动和限流保护电路可保护半导体激光器并提高其抗冲击能力。调制电路产生半导体激光器调制所需的载波信号并直接完成输出光调制,通过开关可方便地实现从256 Hz～512 kHz范围内12种常用调制频率的选择。     

半导体激光器驱动电路设计

设计了一种半导体激光器驱动电路,论述了半导体激光器的构造及其电路原理,阐述了半导体激光器驱动电路中恒流电路与恒压电路的工作原理与设计思路.通过在电路设计中增加恒压电路模块,有效地降低了半导体激光器的功耗.     

基于FPGA的DFB激光器驱动电路的设计与仿真

为了提高DFB激光器驱动电路的可靠性和稳定性,设计了一款基于波长调制光谱技术的DFB激光器驱动电路。压控恒流源电路能够完成对激光器的恒流驱动以及其波长的粗调。利用FPGA生成直接频率合成器产生幅值为5V,频率为20kHz的正弦信号和频率为20Hz的三角信号,其可以对激光器的波长进行调制和扫描,进而实现对激光器的波长进行精确调谐。然后利用QuartusII软件对激光器的驱动电路进行了仿真。最后,对激光器驱动电路进行了模拟实验,结果表明输出电流与输入电压成线性关系,输出的电流与负载无关,达到了预期的设计目标。     

光纤陀螺光源筛选与评价方法研究

针对光纤陀螺工程化对超辐射发光二极管(SLD)光源筛选的需求,开展了光源筛选和评价方法的试验和理论分析研究。通过构建光纤陀螺光源综合调试和检测系统,对SLD光源所有外部可获取特征进行了实时监测。测试和理论分析结果表明,SLD的离散特性主要受光源内部组件特性的影响;在散热充分的情况下,SLD的离散性可近似由TEC等效内阻、温控电流、热敏电阻温度系数和发光芯片功率来表征;SLD光源的常规评价指标与上述指标相结合,可更为完备地对光源进行筛选。另外,构建的光纤陀螺光源综合调试和检测系统也可直接作为光源筛选系统。     

光纤电流互感器用半导体激光器数字驱动电路设计

半导体激光器的输出性能直接决定了光纤电流互感器的测量精度和长期运行稳定性。为提高光纤电流互感器的测量精度与稳定性,设计了一种高精度半导体激光器数字驱动电路。以STM32微控制器为控制核心,利用高精度电流源芯片ADN8810实现驱动电流的精密控制,同时采用集成温控芯片MAX1978通过控制半导体制冷片的工作电流实现对激光器温度的精确控制。经实验测试,其输出电流稳定度为0.028%,温度控制稳定度为0.18%,激光器输出光功率稳定度达到0.06%,输出波长稳定度为0.05pm。该设计能够满足光纤电流互感器对光源输出性能的要求。     

一种高稳定性的振荡电路

文中设计了一种高稳定性的振荡电路,其主要由电流模带隙基准,电压比较器和电容充放电电路构成。带隙基准产生三组基准电压,一组用于生成振荡电路中电容的充电电流,一组作为比较器的判决门限,另一组用于产生振荡部分的工作电压。电压比较器门限和充电电流的大小控制振荡电路的振荡频率。整个电路采用SMIC 0.18μm CMOS工艺实现。通过Hspice仿真,在-20℃~70℃、1.8V~3.8V工作范围内振荡精度在1%左右。     

MEMS红外光源可调制驱动电路设计

针对MEMS红外光源的驱动控制问题,提出了一种基于FPGA和稳压集成电路ADP3336的可调制驱动系统.通过对MEMS红外光源的辐射光谱和驱动特性研究,确定基于可调脉冲方波的直接驱动控制方式;采用FPGA对数字脉冲信号进行占空比和频率的复合调制;采用ADP3336对光源精密稳压驱动,使驱动电压偏差不大于0.1V,驱动效率达80.1％.该驱动电路实现了对MEMS红外光源大功率、高精度、高效率供能驱动以及深度调制,为这种新型红外光源器件的应用提供了技术基础.     

IGBT强驱动电路的设计

根据脉冲渗碳电源要求,设计一种具有高可靠性、信号传输无延迟、驱动能力强等特点的IGBT强驱动电路,详细分析了工作原理,并对电路测试中出现的电流尖峰进行了抑制。在此基础上得出几个主要影响驱动电路的因素。实际用于大功率IGBT桥电路驱动,工作稳定可靠。结果表明,所设计的电路结构简单,驱动能力强,可靠性高,且对用变压器驱动大功率全桥电路有通用性。     

温度巡检仪调理电路的设计

主要介绍了高精度多路温度巡检仪系统中调理电路的设计，系统采用恒流源电路作为信号的获取电路，恒流源电路是采用价格低廉的器件通过比较巧妙的设计构成的．文中指出了电路达到恒流效果的关键元器件，根据以往的运用经验，恒流效果十分理想。同时也介绍了传感器在现场的安装技术．为克服两线制带来的线路电阻误差，传感器的对外接线采用四线制方式，详细解释了两线制与四线制的区别，并给出了两线制和四线制的原理图。信号的切换采用常用的多路模拟开关。