Ручное лучевое ружье на базе полупроводникового диодного лазера – ЧАСТЬ 2

November 23, 2011 by admin Комментировать »

Включение и выключение напряжения питания стабилизатора напряжения VR1 осуществляется выключателем S3/R5, который конструктивно совмещен с переменным сопротивлением R5. Переключатель постоянного тока подает ток на стабилизатор напряжения VR1, а переменным сопротивлением R5 устанавливается напряжение на выводе G VR1 на уровне 7-8 В и на выходе О VR1 устанавливается разностное между входным и общим выводом напряжение в 4-5 В, которое затем гасится диодом D1 до напряжения питания лазерного диода. Зеленый светодиод LA2 загорается во время излучения лазером энергии.

Рис. 9.2. Принципиальная схема диодного лазера

Примечание:

S3 используется в полевых условиях, если устройство изготовлено в вид е ручного ружья и питается от батарей. Вы можете использоватьвбатареектипаААдпя непрерывной работы втечение 1 ч.

Используйте адаптер сети 12 В, 1,5 А при питании от сети переменного тока 115В.

Разъем J2 предназначен для измерения тока лазерного диода, при этом измерение проводится милливольтметром, показания которого в 1 мВ соответствует 1 мА диодного тока.

Регулируемый выход VR1 защищен от возможных переходных процессов с помощью устройства PZ1 и танталового конденсатора С9; выход VR1 подается на модуль управления током СС1. Лазерный диод соединен с модулем через резистор R7, идущий к терминалу для пайки ТЕ4. Ток лазерного диода отслеживается с помощью контроля напряжения на выводах 3 и 4 ТЕ4 или через внешнее гнездо J2, которое соединено с этими точками. Диодный ток очень точно регулируется многооборотным переменным сопротивлением для регулировки тока, который находится в модуле СС1 и устанавливается при сборке модуля СС1 производителем. Он требует контроля, чтобы не превысил заданные производителем номиналы, например, при транспортировке. Обратите внимание, что все переключатели и контакты шунтированы конденсаторами 0,1 мкФ для минимизации переходных процессов от дребезга контактов.

Порядок сборки диодного лозеро

Все этапы сборки показаны на рис. 9.3-9.10, рекомендуется следовать им как можно точнее. Предполагается, что вы подготовите необходимые детали, затем примерите их и изготовите шасси по мере выполнения работ. Этапы сборки следующие:

1.         Вставьте компоненты в отверстия печатной платы (рис. 9.3), используя их выводы в качестве точек соединения, показанных пунктирной линией. Постарайтесь следовать чертежу и использовать именно нужные отверстия для соединения по схеме. Обращайте внимание на полярность элементов там, где она показана, избегайте соединений с возможностью коротких замыканий, холодной пайки, мостов при пайке и замыканий проводов. Разные стадии соединений показаны на рис. 9.6-9.8.

2.         Изготовьте шасси в соответствии с рис. 9.4, из алюминия толщиной 0,16 см. Обратите внимание на помеченные важные размеры: общая длина, ширина и т.д. Выполните отверстия для компонентов, как показано на рисунке. Величина отверстий должна соответствовать с небольшим запасом выводам ваших компонентов при их расположении в соответствии с рисунком.

3.         Изготовьте скобу теплоотвода VR1 размером 5,08×10,16 см (см. рис. 9.4) из алюминия толщиной 0,16 см и установите ее на шасси с помощью двух винтов #8х3/8 дюйма (второе число – шаг резьбы). Обратите внимание на отверстия для монтажного гнезда МК1, куда будет установлен стабилизатор напряжения VR1. Эти отверстия должны быть очищены надфилем от заусенцев и острых кромок, которые могут испортить изолирующую слюдяную прокладку.

Просверлите отверстие для единственного винта для прикрепления контроллера тока СС1.

Рис. 9.3. Увеличенное изображение сборочной платы

4. Проведите механическую сборку шасси, как показано на рис. 9.5:

–           присоедините контактную площадку ТЕ6 из отрезков провода шины, закрепленных гайками двух заземленных винтов SW1 и NU1. Эти части провода подсоедините к двум другим аналогичным линиям для заземления;

–           присоедините два пластиковых изолятора;

–           прикрепите компоненты передней панели.

Рис. 9.4. Изготовление шасси и скобы ВК1

Примечание:

В качестве стабилизатора напряжения VR1 может испольэозлтъся стабилизатор в корпусе ТОЗ или Т0220. Они должны быть изолированы оттеплсхтвацний скобы-родотира с помощью специальной установочной арматуры МК1, которая поставляется вместе с ними.

Визуально определяйте положение отверстий и примеряйте детали походу работы. Проыьтрмйте диаметры выводов компонентов на со» этнетстаие размерам отверстий.

Рис. 9.5. Сборочный чертеж (вид сверху)

Примечание:

Контролируйте ток лазерного диода, подключив калиброванный миллиамперметр к контактам 4 и 5 контактной колодки-терминала для пайки ТЕ4, которая внешним подключением соединена с J2.

Контакты 1 и 6 являются общими точками заземления, где провода заземления поддерживают колодку ТЕ4. Знак * показывает альтернативный вариант расположения BU1 для случаев переносного ружья или конфигурации для работы на лабораторном столе.’

5.         Выполните оставшиеся соединения проводов, как показано на рис. 9.6-9.8.

Рис. 9.6. Первый этап соединений диодного лазера

Примечание:

Там, где это возможно, скручивайте пары проэидое вместе для компактности и механической целостности.

Рис. 9.7. Второй этап соединений диодного лазера

6.         Убедитесь в правильности соединений и проверьте схему на наличие коротких замыканий, некачественных паяных соединений и ошибок при сборке.

Рис. 9.8. Третий этап соединений диодного лазера

7.         Соберите TUBE1 и TUBE2, как показано на рис. 9.9 и 9.10. Учтите, что эти части должны подходить друг к другу и образовывать телескопическую структуру.

Может оказаться необходимым расширить внешнюю трубку для совмещения компонентов.

8.         Приклейте линзу к концу TUBE2. Используйте небольшое количество адге- зива RTV, избегая его попадания на линзу.

9.         Аккуратно припаяйте питающий провод WIREZIP к соответствующим контактам гнезда SOCK1. Обратите внимание на полярность при соединении другого конца с ТЕ6.

Рис. 9.9. Сборка лазерной головки и коллиматора

Примечание:

В некоторых случаях вам, может быть, придется вдвигать теплоотвод HSINKiaK, чтобы он поместился в TUBE Это легко сделать, закрепив его на стержне с резьбой и гайкой, затем сдвигая его с помощью наждачной бумаги и пресса для сверления. К сожалению, не все алюминиевые трубки имеютточный внутренний диаметр, и иногда приходится поступать таким варварским способом. Если вам все же не удается вставить теплоотвод, вы можете обратиться на завод, и там это сделают’.

1 Наши люди сделают все сами на своем заводе или просто на коленке, но все будет как влитое. – Прим. науч. ред.

Рис. 9.10. Вид лазерной головки и коллиматора в рентгеновских лучах Примечание:

Вид HSINKb | вдтгоноеоихлучах, пскаэы «ищкй положение винта для установки в LEN, около нь. лазерного диода.

10. Соедините лазерный диод LDIODE и теплоотвод HSINK с использованием изолирующей прокладки и двух винтов. Образуется похожая на бутерброд структура, где диод находится в полости теплоотвода. Пока не вставляйте лазерный диод в гнездо.

Предварительные электрические испытания схемы

Предварительное тестирование схемы включает в себя несколько этапов:

1.         Соберите тестовый диод из трех последовательно соединенных полупроводниковых диодов типа 1N4001 для моделирования лазерного диода (см. рис. 9.2).

2.         Присоедините выводы тестового диода к контактам гнезда лазерного диода с использованием небольших зажимов типа «крокодил», соблюдая полярность.

3.         Установите все переключатели в положение «выключено» и подключите вольтметр к ТРЗ.

4.         Включите S1 и убедитесь, что вентилятор BLW1 и светодиод LA1 включились.

5.         Включите S2 и проверьте 5-10-секундную задержку до того, как включится LA2 и вольтметр покажет напряжение. Заметьте, что светодиодный индикатор на модуле СС1 тоже загорается. Настройте переменное сопротивление R5 так, чтобы вольтметр показывал 7 В. Установите входное напряжение на величину 7-10 В, при этом вольтметр по-прежнему должен показывать 7 В. Это подтверждает правильность регулировки напряжения.

6.         Подключите цифровой милливольтметр к ТР5 и настройте многооборотный потенциометр на СС1 ровно на 1 В. Это соответствует току в 1 А через тестовый диод. Заметьте, что показания цифрового вольтметра 1 В равнозначны току диода 1 мА.

7.         Проверьте регулировку выходных цепей, закоротив один из тестовых диодов, при этом показания милливольтметра не должны измениться. Это подтверждает правильность регулировки тока.

Теперь вы можете подключить настоящий лазерный диод. Выходная мощность системы будет зависеть от питания, длины волны и профиля луча конкретного лазерного диода. Предполагается, что вы знакомы с этими свойствами, их применением и надлежащими мерами безопасности.

Прежде чем вы откроете упаковку с вашим лазерным диодом, обязательно прочитайте то, что написано на следующих страницах.

Безопасность

Внимание! Диодные лазеры большой мощности излучают радиацию в видимом и инфракрасном диапазоне спектра. При использовании необходимо принять меры безопасности для предотвращения возможности повреждения глаз. Для лазеров класса lllb это означает не смотреть но луч и не подвергать глаз прямому воздействию луча. Для лазеров класса IV это означает не подвергать глаза или кожу прямому воздействию рассеянной радиации, бели требуется наблюдение луча, то нужно наблюдать его отражение от матовой поверхности, используя преобразователь изображений или подходящий флуоресцентный экран.

Лазеры класса III работают при энергиях менее 500 мВ. Лазеры класса IV работают при энергиях более 500 мВ. Безопасные очки для этого проекта можно приобрести через www.amasingl.com.

Зомечоние

Окошко герметически закрытого 9-миллиметрового корпуса лазерного диода очень тонкое (около 250 мк) для минимизации длины оптического пути. Не нажимайте на окошко при установке лазерного диода в гнездо. Вставляйте прибор на место нажатием на основание корпуса.

Повреждение от статического электричество

При нормальных условиях работы лазерный диод представляет собой очень надежное устройство, но, как и большинство полупроводниковых приборов, он может быть легко поврежден или разрушен случайным электрическим или электростатическим разрядом. Необходимо обеспечение среды, свободной от статического электричества. Заземленный пинцет и браслет пользователя, заземленная рабочая поверхность, антистатические полы, заземление корпуса для лазерного диода – все это уменьшает риск повреждения от статического разряда через диод. В период, когда вы им не пользуетесь, храните лазерный диод в среде с благоприятной электростатической ситуацией (например, в контейнере изготовителя). Закорачивайте контакты на упакованном диоде. Вставляйте контакты в проводящую пену или протягивайте проволоку от контакта к контакту. (Примечание: лазер с незакороченными контактами может быть поврежден электростатическим электричеством, даже если вы его не касаетесь.)

Зощито от переходных процессов

Прямой ток, превышающий заданные пределы, или любое обратное напряжение может повредить диодный переход. Можно решить эту проблему, поместив фиксирующий диод на выход источника питания. Обычно такие явления имеют место в результате статического разряда или от переходных процессов напряжения при включении или изменении режима работы лабораторных источников питания. Многие из них, даже имеющие регулировку тока, при включении и выключении дают высокие выбросы напряжения. Для минимизации риска разрушительных переходных электрических процессов рекомендуются следующие меры предосторожности:

•          при работе с лазерными диодами всегда носите заземленный браслет, этим вы уменьшите накопление статического электрического заряда;

•          используйте заземленную рабочую зону и в период, когда вы не используете лазерный диод, храните его в упаковках, в которых он был вам поставлен;

•          исключите пики переходных процессов в источнике питания, используя источники питания, которые специально спроектированы для лазерных диодов, или другие источники питания с «медленным стартом». Именно такой критерий предусмотрен в настоящем проекте.

Чрезмерный примой ток

Чрезмерный прямой ток может привести к работе на уровнях оптической энергии, которые могут повредить внешнюю грань менее чем за 1 мкс.

После такого повреждения лазер может продолжать работать с меньшей эффективностью или излучение может возникать не каждый раз. Допустимый ток зависит от длительности импульса, и, если длительность импульса увеличивается, следует уменьшать пиковую оптическую энергию.

Обратные токи

Обратные токи также могут повредить диод. Прямые или обратные переходные процессы могут быть вызваны отражением энергии в импульсных системах, емкостью арматуры или кабелей, внешними конденсаторами в источниках питания постоянного тока, которые не соединены с нагрузкой. Уровни воздействий для лазерных диодов с умеренной энергией, работающих в непрерывном режиме, можно проверить с помощью эквивалента нагрузки, например, последовательно соединенных двух диодов 1N4001 и резистора 1 Ом.

Высокая температура

Для работы при нормальной комнатной температуре лазерный диод должен быть надежно помещен в теплоотвод, температура которого должна поддерживаться на уровне 20-25 °С. Предельные температуры работы и хранения приборов указаны в их описании.

Ниже приведена некоторая полезные сведения по пользованию вашим лазером:

1.         Обратите внимание на оптическую диаграмму (см. рис. 9.10), которая показывает формирующую и коллиматорную линзу LEN1 и фокусирующую линзу LEN2475. Линза L1 вкручивается в соответствующую резьбу в теплоотводе HSINK1 до точки, которая обеспечивает оптимальную коллимацию. После начальной установки эту линзу можно больше не трогать, за исключением случаев, когда проводится чистка. Для нормальной работы нет необходимости тщательно устанавливать эту линзу.

2.         Возьмите лист копировальной бумаги и заверните в нее кусочек дерева в 2-5 см. Поместите лазерный диод с одной только формирующей линзой, надежно установите его на глиняный холмик. Поместите мишень с копировальной бумагой на расстоянии примерно 2,5-7 см. Включите питание и медленно отрегулируйте переменное сопротивление управления током в блоке СС1, чтобы ток достиг 1,3 А. Вы увидите дым и огонь при перемещении мишени в выходном луче.

3.         Для формирования сфокусированного луча фокусирующая линза настраивается таким образом, чтобы горящее пятно имело размер булавки или чуть больше. Обратите внимание, что когда трубка линзы вставлена с LEN2 на выходном конце, фокусное расстояние меньше, чем когда трубка вставляется с линзой LEN1 на внутреннем конце, находящемся ближе к лазерному диоду. Фокусное расстояние может меняться в диапазоне от

2 до 50 см. Можно использовать большее фокусное расстояние для достижения дистанционного эффекта.

Выходная мощность системы, как известно, зависит от напряжения питания, длины волны, профиля луча используемого лазерного диода. Предполагается, что пользователь знаком с этими свойствами, их применением и надлежащими мерами безопасности. 4. Когда проверка подтвердит правильную работу лазера, вы можете собрать все части устройства и промаркировать их, как показано на рис. 9.11.

1 комментарий

  1. Виктор says:

    Если чуть чуть доработать, я смогу использовать его для передачи информации на другой конец ?

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