有助于防止激光二极管毁坏的激光仿真器

2005/12/29/9:37来源:《EDN 电子设计技术》
    激光二极管可能在数纳秒内自行毁坏,因此测试一个反馈稳定的激光二极管驱动器的响应和稳定性可能是费用很高的。典型的激光二极管封装内不仅有由电流IL驱动的激光二极管,而且还有一个光电二极管。激光二极管的前端面发射在外界起作用的主光束,而后端面则发射落到光电二极管上的参考光束。

    尽管参考光束比主光束弱得多,但是其功率与主光束的功率成正比,光电二极管产生的电流IP也是如此。通过一个精心设计的放大器将光电二极管回接到激光二极管驱动器上,就可以构成一个完整的反馈回路,该反馈回路应该能够使主光束功率保持稳定不变。其奥妙之处就在于能确保激光二极管在任何情况下决不保持破坏性过载。

    激光二极管有一个电流阈值(即“拐点”),低于此阈值,激光二极管的辐射很弱,而且是非相干的,光电流IP也是如此。超过了拐点,就发生激光作用,光输出和光电流就随着驱动电流的增大而线性增大。

    仿真器必须反映这些特性,这种仿真器以一个TO-92或E型封装PNP晶体管和两个电阻器为基础,并用环氧树脂密封。它可以替代激光二极管,直到电路工作稳定为止。制造几个模块来仿真各种不同额定值的激光二极管是很方便的。

    工作时,激光驱动器吸收电流IL,并在R1两端产生电压VS。当VS超过Q1的VBE时,Q1导通并为反馈控制电路提供仿真的光电流IP。随着IL的提高,IP也成比例地线性提高。

    作为一个设计实例,要考虑使用普通激光二极管,其阈值电流(ITH)为10 mA,全光输出时的工作电流(ILMAX)为30 mA,满额功率时的光电流(IPMAX)为100 μA。于是,R1必须等于VBE/ITH,即560 mV/10 mA,从而得出R1的阻值为56Ω。R2则等于 ((ILMAX·R1)-VBE)/IPMAX,即约为11 kΩ。将560 mV这一电压值用作VBE,就会使IL和IP之间的关系最佳。

    将晶体管反接(即互换Q1的集电极连线和发射极连线),就会产生更为陡峭的导通阈值电压(约为500 mV),但却使IP对IL曲线的斜率降低。在本例中,晶体管反接要求将R2的阻值减小到约7.5 kΩ。

    虽然反接的晶体管电路需对电阻器的阻值进行一些试验才能获得最佳性能,但却可提供更陡峭的阈值,因此可以进行更符合实际的仿真。几乎任何一种PNP双极性结型晶体管(例如ZTX502)都可用作Q1,而将R2的阻值减小30%可以使IP保持在所需的IP标称值的±5%以内。

    要注意的是,即使是同一批的产品,激光二极管的特性也相差很大,因此使用优选值电阻器作为R1和R2不会对性能造成什么实际的差别。激光二极管的典型正向压降约为2V,因此在全电流下,仿真器电路不应该再降低电压。此外,仿真器电路的响应也比激光二极管慢,不过,如果反馈电路的工作速度更慢(通常就是如此)的话,仿真器的慢速响应就不会有什么问题。

   适用于N型激光二极管的仿真器需要一个NPN晶体管,并且要求反接。更复杂的激光二极管可能需要包含电流反射镜和额外连线的更精巧的电路。如果能够获得符合电流源要求的适当电源电压,就可以将一个LED与IL引线串联联接,以提供对电路工作情况的视觉指示。把一台示波器接在R1两端,就可监视激光器驱动电流和调制电流。(在这种情况下,“N型”和“P型”不是指激光二极管器件的扩散,而是指公共端的极性。)
















 

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