Ручной газовый лазер на углекислом газе С02 – ЧАСТЬ 2

November 7, 2011 by admin Комментировать »

LUG4

2

Лепесток для формирования контактов лазерной трубки, см. рис. 8.17

WN1

5

Прсвагсвиде гайки HI3

BUCLAMP

 

Проходной изолятор с зажимом для шнура питания

BU38

8

Проходные &/мл ори 0,25 дюйма

FEET

8

Резиновые ножки для источника питания и головки лазера

CLAMP25

2

Нейлоновые зажимы для кабеля 0,25 дюйма

CLAMP38

2

Нейппм xvite зажимы д ля кабеля 0,375дюйма

Опции дополнительных деталей

Инвертор 12В постоянного тока в напряжение220/115 В 50 Гц i

мощности 150 Вт для работы с источником питания 12В постоянного тока #SINE150

Заряжаемая аккумуляторная батарея 12 В, 4,5 А #ВАТ12

Зарядное устройство 12 В, 1 А#ВС12К

С кжуи^ующая линза с внешним диаметром 5 дюймов из селенида цинка #MENC5

Общее описание

Разрядная трубка лазера со встроенной оптикой и кожухом охлаждения показана на рис. 8.1. Такое техническое решение в значительной степени упрощает конструкцию, обеспечивая изящное, компактное устройство широкого назначении!. Используемый источник питания может работать от сети переменного тока 115 В или от аккумуляторных батарей с использованием инвертора на 200 Вт мощности.

Проект, представленный здесь, выполнен в соответствии со всеми требованиями, предъявляемыми к использованию таких устройств в производственных и других целях, а также может использоваться как дешевый лабораторный прибор. Охлаждение достигается за счет циркуляции воды через охлаждающий лазерную головку кожух и радиатор с принудительным воздушным охлаждением. Для обеспечения обдува потоком воздуха применяется вентилятор.

Теоретические основы роботы устройство

Лазер на углекислом газе С02 является, безусловно, простейшим с точки зрения изготовления и использования. Это достоинство иногда может стать недостатком, поскольку такая энергия может быть опасной в руках неопытного пользователя и для него самого, и для окружающих, поэтому перед применением необходимо внимательно изучить данную главу. Тогда даже неопытный пользователь может работать с лазером на углекислом газе С02

Как показано на рис. 8.2, С02-лазер представляет собой двухуровневый вибрационный прибор, вырабатывающий инфракрасное излучение 10,6 мк. Обеспечение лазерного эффекта достигается электрическим возбуждением азота (N2) до энергетического уровня, близкого молекуле С02. Основное рассеяние этой энергии происходит за счет ее передачи молекулам С02, заставляя их переходить с основного уровня на уровень возбуждения 2. Вы видите, что на более низком 3-м уровне такой передачи энергии не происходит. В результате образуется инверсия населенностей между уровнями 2 и 3.

Инверсия населенностей является неестественным состоянием атома, которое вызывается внешним воздействием. При этом энергетические уровни с большей энергией оказываются заселенными больше, чем уровни с меньшей энергией. Инверсия населенностей необходима для стимуляции лазерного излучения. Действие лазера начинается как результат передачи стимулированной энергии с уровня 2 на уровень 3. Возвращение энергии с 3-го уровня на основной уровень достигается с помощью ее подавления третьим газом, которым является гелий (Ge). Очевидно, что если оставить уровень 3 как он есть, то скоро инверсия населенностей между уровнями 2 и 3 уменьшится и действие лазера прекратится.

Необходимо заметить, что молекулы газа С02 имеют много режимов колебаний, которые определяют частоту лазера. Основной режим колебаний составляет около 10,6 мк, и вся система часто классифицируется именно по этой длине волны. Атмосфера Земли предоставляет естественное окно для волн этой длины – оптически прозрачна для них; следовательно, С02-лазер прекрасно подходит для приложений, где необходимо распространение волны на большое расстояние. Мощный лазер на С02 является очевидным прекрасным кандидатом на использование в качестве лучевого энергетического оружия. Мы применим его в мирных целях.

Рис. 8.2. Диаграмма энергетических уровней углекислого газа

Робота схемы

Шнур подключения к источнику питания COl подает или 115/220 В переменного тока от сети в случае лабораторного использования, или ток от инвертора гармонических колебаний при работе от аккумуляторной батареи в полевых условиях. Для обеспечения мер по технике безопасности третий зеленый провод заземления должен быть надежно соединен с металлическим корпусом COV1.

Как показано на рис. 8.3, переключатель SW1 подает питание в первичную цепь схемы и на охлаждающий вентилятор FAN. Плавкий предохранитель FH1 / FS1 защищает основную цепь от перенапряжения. Индикаторная неоновая лампа NEON предназначена для индикации включения первичной цепи схемы. Последовательно с ней включен токоограничивающий резистор R12, и лампа загорается, когда включается SW1. Пиковый ток заряда конденсаторов СЮ и СИ ограничивается резистором RX. Конденсаторы СЮ и СИсглаживают пульсации выпрямленного напряжения с выхода выпрямителя на полупроводниковых диодах Dl, D2, D3, D4, собранного по мостовой схеме для случая работы с сетью 220 В переменного тока. При сети 115 В переменного тока используются только диоды D1 и D3 и перемычка JMPR1, которая закорачивает диоды D2 и D4, то есть исключает их из работы, образуя схему удвоения напряжения. Выходное напряжение конденсаторов СЮ, CI 1 является напряжением постоянного тока 300 В и имеет 2 вывода: положительный и отрицательный полюс. Напряжение 300 В необходимо для питания двухтактной схемы на металл-оксидных полевых транзисторах Q1 и Q2 (MOSFET).

Управление транзисторами производится микросхемой таймера IC1 и микросхемой IC2. Питание низковольтной схемы производится от источника 12 В постоянного тока. Это напряжение поступает с вторичной обмотки понижающего трансформатора Т2 после выпрямления диодным мостом D30-D33 и сглаживания конденсатором СЗО. Вторичная цепь питания управляется переключателем SW2,

Рис. 8.3. Принципиальная схема лазера

который подает питание на понижающий трансформатор Т2. Гасящий резистор R28 и стабилитрон Z1 защищают, в свою очередь, выход 12 В постоянного тока от перенапряжения. Таймер IC2 управляет работой задающего генератора IC1, который вырабатывает частоту 20 кГц с периодом повторения 50 мкс (см. рис. 8.3) для управления двухтактным ключевым каскадом на Q1 и Q2, нагруженным на первичную обмотку трансформатора Т1. Таймер IC2 в данной схеме работает не как генератор, а является моностабильным переключателем с задержкой, определяемой постоянной времени конденсатора С31 и резистора R27. Задержка при показанных номиналах элементов составляет 10 с и необходима для того, чтобы устройство питания отвечало требованиям Бюро радио и здоровья (Bureau of Radio and Health, BRH) по уровню помех в цепи питания[5]. Таким образом, контролируется высокое напряжение, поскольку IC2 подает питание на генератор IC1. Конденсатор С2 обеспечивает высокое мгновенное значение тока для выходных импульсов и должен располагаться физически близко к IC1.

Запускающие импульсы с выхода генератора IC1 включают и выключают основные ключи Q1 и Q2 на металл-оксидных полевых транзисторах (MOSFET). Частота переключения (20 кГц) «грубо» определяется постоянной времени переменного сопротивления управления питанием R19, резистора R11 и конденсатора СЗ. Переменное подстроечное сопротивление R10 более точно устанавливает диапазон частоты переключения, чем R19. Схема переключения работает в полумостовой конфигурации, в которой MOSFET, подключенный к положительной шине (+), должен запускаться смещением истока на 150 В выше общей шины (-). Это достигается смещением конденсатора в цепи обратной связи С4 через сверхбыстрый диод D5, что обеспечивает необходимый уровень постоянного тока для управления Q1. Резисторы R6 и R7 устраняют паразитные высокочастотные колебания (так называемый «звон»), возникающие в результате быстрого переключения емкостной нагрузки затворов MOSFET. Индикатором эмиссии служит светодиод LED1, который загорается, когда Ql, Q2 включаются для высоковольтного питания лазерной трубки. Конденсатор С13 ограничивает уровень тока.

Источник: Яннини Б. Я62 Удивительные электронные устройства / Боб Яннини; пер. с англ. С. О. Ма- харадзе. – М.: НТ Пресс, 2008. – 400 с.: ил. – (Электроника для начинающего гения)

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