Источник питания для гелий-неоновых лазеров

June 10, 2010 by admin Комментировать »

Многие инверторы, преобразователи и источники питания использова­лись для питания лазеров. В первую очередь это относится к популярно­му гелиево-неоновому лазеру, который работает с номинальным напря­жением 2 кВ, потребляя ток от 3,5 мА до 7 мА. Оказывается, что эти лазеры являются неудобной нагрузкой для источника питания. С одной стороны, точно так же как его примитивный родственник — обыкновен­ная неоновая лампа — газовый лазер требует для запуска напряжение выше, чем рабочее напряжение. Оно может доходить до 6 – 10 кВ. Мно­гое зависит от внутреннего давления газа, температуры и срока службы. Имеются другие трудно уловимые факторы, влияющие на процесс иони­зации, с которого начинается нормальная работа, такие как радиоактив­ность, влажность, наружная освещенность и т.д. В любом случае жела­тельно, чтобы запуск был надежным и автоматическим.

Другая особенность проводимости газа в трубке лазера состоит в том, что она оказывается отрицательной. Это приводит к неустойчивости, ча­сто случайного характера. Лучшим способом борьбы с этим явлением яв­ляется использование источника питания с фиксированным током, при этом компенсируется отрицательное сопротивление. Практически, очень удачный подход к стабилизации работы лазера состоит в том, чтобы ис­пользовать комбинацию обычного резистора (с положительным сопро­тивлением) и источник питания со стабилизацией тока. Следует подчер­кнуть также, что в случае работы от батарей источник питания лазера должен иметь высокий к.п.д.

Изображенная на рис. 18.25 схема источника питания гелий-неонового лазера удовлетворяет предъявляемым требованиям. Кроме того, если по­местить его в металлический кожух, можно значительно ослабить радио­помехи. Принцип действия можно понять, разобравшись в нескольких ос­новных электрических схемах, которые вместе дают желаемый результат.

clip_image002

Рис. 18.25. Источник питания гелий-неонового лазера. В этой схеме осуществлено оптимальное использование разнообразных схем для обеспечения стабилизации тока, а также автоматического запуска. Linear Technology Софога11оп.

— LT1074 понижающий импульсный стабилизатор. Эта управляющая ИС ШИМ используется как стабилизатор тока. По существу этот режим достигнут благодаря подаче на вывод FB небольшого напряжения с ре­зистора обратной связи, имеющего сопротивление 340 Ом, который включен последовательно с лазером.

— Генератор с насыщенным сердечником, состоящий из трансформатора L2, транзисторов QI, Q2 и связанных с ними компонент. Этот генератор прямоу­гольных колебаний получает постоянное напряжение питания с выхода V^^ управляющей ИС Z71074. Выходное напряжение сглаживается фильтром, со­стоящим из L\ и О. Теперь следует заметить, что рабочий ток лазера можно стабилизировать с помощью ИС Z71074, изменяя амплитуду прямоугольного колебания, которое формируется генератором с насьпцаемым сердечником.

— Двухполупериодный удвоитель напряжения, использующий диоды D1, D2 и два конденсатора емкостью 0,1 мкФ. Эта схема, вместе с повышаю­щим трансформатором генератора (L2) обеспечивает высокое постоянное напряжение для лазера. Схему следует выполнять очень аккуратно, пото­му что в ней возникает слишком много проблем, связанных с индуктив­ностью рассеяния, переходными процессами коммутации и нежелатель­ными резонансами. С другой стороны, слишком большое повышение напряжения с помощью диодно-конденсаторного умножителя может по­низить к.п.д и надежность. Кроме того, многократное повышение напря­жения может повлиять на стабильность цепи обратной связи.

— Лазер в качестве нагрузки. Здесь с должным вниманием следует от­нестись к правильному включению с точки зрения полярности. Кольцо запуска лазера или нескольких витков провода используются как «тре­тий» электрод для передачи высоковольтного пускового импульса газу внутри трубки. Важно, чтобы пятидесятитикилоомный резистор был рас­положен непосредственно у трубки; несколько сантиметров провода мо­гут вызывать паразитные колебания и неустойчивость ионизации.

Объединение вышеперечисленных схем обеспечивает получение и стабилизацию соответствующего тока для лазера. Оставшаяся часть схе­мы предназначена для получения высоковольтного импульса, который подается на кольцо пуска; он должен вызвать ионизацию, чтобы в газе появилась проводимость, необходимая для работы лазера.

Чтобы разобраться, как все это работает, предположим, что постоян­ное напряжение 28 В только что подано на наш источник питания. На лазере появляется напряжение около 3,5 кВ. Как уже говорилось, этого недостаточно, чтобы ионизировать газ внутри трубки, и никакой генера­ции в лазере нет. Заметьте, что резистор с сопротивлением 10 МОм по­зволяет конденсатору С2 заряжаться от источника напряжения 3,5 кВ, но напряжение на нем ограничено величиной 250 В с помощью подклю­ченного параллельно стабилитрона. Цель состоит в том, чтобы перенес­ти энергию, накопленную в конденсаторе С2, в первичную обмотку по­вышающего трансформатора Z3, индуцируя при этом высоковольтный сигнал во вторичной обмотке. Этот сигнал запускает лазер с помощью кольца запуска.

Выполняется сказанное следующим образом: когда напряжение 28 В подается на источник питания лазера, выход компаратора А1 практичес­ки имеет потенциал земли и ничего не происходит. Но, по мере заряда конденсатора С2 до положенных 250 В, некоторая часть этого напряже­ния появляется на неинвертирующем входе компаратора, вызывая в ко­нечном счете повышение напряжения на его выходе. Это запускает тири­стор и конденсатор С2 разряжается. Пока лазер работает в нормальном режиме, компаратор возвращается к своему начальному состоянию. Это происходит из-за наличия положительного напряжения на его инверти­рующем входе, полученном на резисторе 340 Ом при протекании тока ла­зера. Можно заметить, что если по какой-либо причине лазер прекратит работу, то снова он запустится автоматически.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты