Проектиране на система за управление на Q-switched лазер с импулсQ-превключване
Структура на Q-switched лазер. Изчисляване на първия и втория резервен емитер-свързани мултивибратори (забавяне и пускане на строб). Схема на ключ с резистивно-капацитивен куплунг. Използването на мултивибратори с връзки колектор-основа.
Изпратете добрата си работа в базата знания е лесно. Използвайте формата по-долу
Студенти, докторанти, млади учени, които използват базата от знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.
Хоствано на http://www.allbest.ru/
§1. Техническо задание
Проектирайте система за управление на Q-switched лазер с импулсно Q-switching.
Параметри на изходния импулс:
- време на забавяне на стартовия импулс
- продължителност на контролния импулс
- продължителността на предния фронт на управляващия импулс
- продължителността на задния фронт на управляващия импулс
- контролна честота на повторение на импулса
- амплитудата на импулсите върху товара
§2. Избор и обосновка на блоковата схема на системата за управление
Лазерът с Q-превключвател се състои от система за управление на модулатора (MSS):
- строб генератор на закъснение на първия импулс;
- строб генератор за работа на импулсен модулатор при използване на режим на регулиране на пиковата структура на излъчване;
- генератор на управляващи импулси (субмодулатор);
- етап за съгласуване (усилвател, острилка);
Импулсният режим на работа на лазера (чрез изпомпване) определя и особеностите на управление на електрооптичен или друг тип Q-превключвател. Достатъчно ниво на усилване на активната среда се постига след определено, съвсем определено време. Следователно е необходимо да се забави първият Q-превключващ импулс сначалното време на забавяне на първия импулс с превключване Q, което се изпълнява от строб генератора на забавяне. Може да се изгради по схемата на чакащ мултивибратор. По същата схема може да се изгради и работен строб генератор.
A. Стартов импулс на помпата
B. Строб със закъснение на първия импулс с Q-превключване
B. Бурст стробоскоп
D. Модулационни импулси
Времедиаграми на работа на лазера в режим на импулсна поредица
§3. Изчисляване на първия мултивибратор, свързан с емитер в режим на готовност (забавящ гейт)
Емитерно-свързаният мултивибратор в тази схема (фиг. 3.1.) се използва като изчакващ генератор на правоъгълни импулси със зададена продължителност.
В тази схема стартирането се извършва от генератора на правоъгълни импулси Vpulse с импулс с амплитуда 2 [V] и продължителност 0,5 [µs].
В първоначалното състояние транзисторът VT1 е затворен, а транзисторът VT2 е отворен и в режим на насищане, което се постига чрез избор на съпротивления R1, R2, Re. Кондензатор С е зареден до максималната си стойност. Когато пристигне задействащ импулс, веригата се преобръща, в резултат на което VT2 се затваря и VT1 преминава в режим на насищане. В началото на нестабилно състояние кондензаторът се разрежда от част от колекторния ток на транзистора VT1, който протича през съпротивлението R, източника на напрежение VEK и съпротивлението Re. Когато кондензаторът се разреди, базовият потенциал на транзистора VT2 намалява експоненциално, след което веригата се връща в първоначалното си състояние.
Изходни данни за изчисляване на чакащата мултивибраторна верига
Амплитуда на изходния импулс, V
Минимална продължителност на изходния импулс, µs
Максималната продължителност на изходния импулс,Госпожица
Допустима нестабилност на продължителността на импулса в температурния диапазон,
Продължителността на предния и задния фронт на изходния импулс, μs
Определяме параметрите на схемата.
1. Колекторното напрежение се определя от условието, че
2. Да изберем транзистора KT31D.
Характеристики на транзистора KT315A
Допустим колекторен ток
Максимален ток на колектора
В този случай, за да се осигури амплитудата на изходния импулс, колекторният ток е равен на:
4. Изчисляваме стойността на съпротивлението, както следва:
5. Съпротивлението е:
6. Съпротивлението за настройка на времето за коефициента на дълбочина на насищане се изчислява въз основа на състоянието на насищане на втория транзистор в първоначалното състояние:
7. Определете капацитета за настройка на времето:
8. Съпротивленията на разделителите и се определят от условието за заключване на първия транзистор в първоначалното състояние:
9. Усъвършенстването на стойността на възстановяване на веригата се определя от времето на зареждане на кондензатора:
10. Изясняване на големината на амплитудата на напрежението:
След тестване и монтаж на веригата по CAD методи са получени следните стойности на елементите на веригата:
§4. Изчисляване на втория чакащ емитерно-свързан мултивибратор (строб)
Стартирането на втория мултивибратор (фиг. 4.1.) се осъществява с помощта на положителен импулс върху колектора на първия транзистор, който след диференциране с помощта на диференцираща верига с малка времева константа на веригата дава скок на напрежението в съпротивлението, което осигурява промяна на състоянието на транзисторите. В задействащата верига има диод, който ви позволява да стартирате мултивибратора само на задния фронт на импулса от първия мултивибратор.
Изходни данни за изчисляване на чакащата мултивибраторна верига
Амплитуда на изходния импулс, V
Минимална продължителност на изходния импулс, µs
Максимална продължителност на изходния импулс, µs
Допустима нестабилност на продължителността на импулса в температурния диапазон,
Продължителността на предния и задния фронт на изходния импулс, μs
Съпротивление на натоварване, kOhm
Определяме параметрите на схемата.
1. Колекторното напрежение се определя от условието, че
2. Типът на транзистора се определя от следните условия:
Б. условие за минимална продължителност на импулса:
Да изберем транзистор KT315A
Характеристики на транзистора KT315A
Допустим колекторен ток
Максимален ток на колектора
3. Стойността на съпротивлението се определя от следните условия
В този случай, за да се осигури амплитудата на изходния импулс, колекторният ток е равен на:
4. Изчисляваме стойността на съпротивлението, както следва:
5. Съпротивлението е:
6. Съпротивлението за настройка на времето за коефициента на дълбочина на насищане се изчислява въз основа на състоянието на насищане на втория транзистор в първоначалното състояние:
7. Капацитетът за настройка на времето се определя за , тъй като:
8. Съпротивленията на разделителите и се определят от условието за заключване на първия транзистор в първоначалното състояние:
9. Усъвършенстването на стойността на възстановяване на веригата се определя от времето на зареждане на кондензатора:
10. Изясняване на големината на амплитудата на напрежението:
След тестване и монтаж на веригата по CAD методи са получени следните стойности на елементите на веригата:
§5. Изчисляване на първия транзисторен ключ
В първоначалното състояние транзисторът е в режим на прекъсване под действието на входното блокиращо напрежение. При допускане до вхмоментът t=t1 на разликата в напрежението на отваряне, емитерният преход на транзистора се измества в посока напред и базовият ток (и емитерът) рязко достига стойността си. Токът на колектора в съответствие с преходния отговор на транзистора ще се увеличи.
Емитерният, колекторният, базовият ток и междуелектродните напрежения остават практически непроменени. В базовата област се натрупва излишен заряд от неравновесни носители. В определен момент на входа на системата се прилага блокиращо напрежение. Процесът на отваряне на ключа се състои от етапа на резорбция на излишния заряд на неравновесните носители и етапа на затваряне на транзистора. В края на етапа на абсорбция транзисторът навлиза в активната област и започва процесът на неговото затваряне.
Нека изчислим ключовата верига с резистивно-капацитивно свързване. Ключът се зарежда на съпротивление R и капацитет C. Ключът се управлява от отрицателни импулси от източник с изходно съпротивление R. В резултат на изчислението трябва да се определят стойностите на свързващите елементи R, R, C, Eb, както и времето за изключване и изключване.
Параметрите на комуникационната верига трябва да бъдат избрани така, че да са изпълнени условията за работоспособност на ключа. Ключът трябва да е отворен, когато управляващото напрежение е ниско и затворен, когато е високо.
§6. Изчисляване на самоосцилиращ мултивибратор
Мултивибраторите с връзки колектор-база се използват широко в импулсни устройства като генератори на импулси с почти правоъгълна форма.
Пълният цикъл на самоколебателния процес в мултивибратора се състои от два полупериода на трептене. В симетричния мултивибратор продължителността на полупериодите е еднаква. Продължителността на всеки полупериод се определя от времето за разреждане на кондензатора, включен в основната веригазатворен транзистор. Кондензаторът се разрежда през отворен транзистор, режимът на който е избран със степен на насищане s = 1,2-2.В този режим се осигурява добра форма и стабилност на амплитудата на импулса и не се наблюдава прекъсване на трептенията.
Намаляването на стойността на съпротивлението Rb при дадена степен на насищане на транзисторите води до намаляване на стойността на съпротивлението на колектора Rk, следователно до увеличаване на мощността, консумирана от мултивибратора.
Мултивибраторната верига има свойствата на самоосцилираща система с твърд режим на трептене. Това означава, че във веригата е възможно състояние на статично равновесие, при което и двата транзистора са в насищане и е необходим външен задействащ импулс, за да прехвърлите системата в режим на релаксационни трептения.
Съществен недостатък на мултивибраторната схема е голямата продължителност на отрицателните фронтове на колекторното напрежение, поради протичането на зарядни токове през колекторните съпротивления.
§7. Изчисляване на втори транзисторен ключ
За да заключите транзистора VT1 във веригата за възбуждане на удар, е необходимо да приложите отрицателен импулс към основата на този транзистор. Тъй като задействащото устройство е вторият чакащ мултивибратор и задействащото напрежение се отстранява от колектора на втория транзистор, е необходимо да се осигури 180-градусов фазов инвертор.
Това може да стане с ключ.
Дефиниране на ключови параметри.
Определя се състоянието на заключване на транзистора VT1 в началния режим
Обикновено заключващото напрежение се избира в рамките на: .
Ключът трябва да бъде отворен при ниско ниво на управляващото напрежение, т.е. при и затворен при високо ниво.