Проектування системи управління модулятором добротності лазера з імпульсноюмодуляцією добротності
Структура лазера з модуляцією імпульсної добротності. Розрахунок першого та другого чекаючого мультивібратора з емітерним зв'язком (строб затримки та роботи). Схема ключа із резистивно-ємнісним зв'язком. Застосування мультивібраторів із колекторно-базовими зв'язками.
Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче
Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.
Розміщено на http://www.allbest.ru/
§1. Технічне завдання
Спроектувати систему керування модулятором добротності лазера з імпульсною модуляцією добротності.
Параметри вихідних імпульсів:
- час затримки імпульсу запуску
- Тривалість імпульсу управління
- Тривалість переднього фронту імпульсу управління
- Тривалість заднього фронту імпульсу управління
- Частота проходження імпульсів управління
- амплітуда імпульсів на навантаженні
§2. Вибір та обґрунтування блок-схеми системи управління
Лазер з імпульсною модуляцією добротності складається із системи управління модулятором (СУМ):
- генератора строба затримки першого імпульсу;
- генератора строба роботи імпульсного модулятора при використанні режиму регулювання пічкової структури випромінювання;
- генератора імпульсів керування (підмодулятора);
- узгоджувального каскаду (підсилювач, загострювач);
Імпульсний режим роботи лазера (за накачуванням) визначає й особливості управління електрооптичним або іншим типом модулятора добротності. Достатній рівень посилення активного середовища досягається через деякий, цілком певний час. Тому необхідно затримати перший імпульс модуляції добротностічас затримки запуску першого модуляції імпульсу добротності, що здійснює генератор строба затримки. Він може бути побудований за схемою мультивібратора, що чекає. За цією ж схемою може бути побудований і генератор роботи строба.
А. Імпульс запуску накачування
Б. Строб затримки першого імпульсу модуляції добротності
Строб роботи в режимі «пачки» імпульсів
Г. Імпульси модуляції
Тимчасові діаграми роботи лазера у режимі пачки імпульсів
§3. Розрахунок першого чекаючого мультивібратора з емітерним зв'язком (строб затримки)
Мультивібратор з емітерним зв'язком в даній схемі (Рис. 3.1.) застосовується як генератор імпульсів, що чекає, прямокутної форми із заданою тривалістю.
У цій схемі запуск здійснюється від генератора прямокутних імпульсів Vpulse імпульсом амплітудою 2 [В] та тривалістю 0.5 [мкс].
У вихідному стані транзистор VT1 закритий, а транзистор VT2 відкритий і знаходиться в режимі насичення, що досягається вибором опорів R1, R2, Re. Конденсатор С заряджено до максимального значення. При надходженні імпульсу, що запускає, відбувається перекидання схеми, в результаті чого VT2 закривається, а VT1 переходить в режим насичення. У нестабільному стані відбувається розряд конденсатора частиною коллктроного струму транзистора VT1, що протікає через опір R, джерело напруги VEK, і опір Re. При розрядці конденсатора відбувається зниження потенціалу бази транзистора VT2 за експонентним законом, після чого відбувається повернення схеми в початковий стан.
Вихідні дані для розрахунку схеми мультивібратора, що чекає
Амплітуда вихідного імпульсу ,
Мінімальна тривалість вихідного імпульсу, мкс
Максимальна тривалість вихідного імпульсумкс
Допустима нестабільність тривалості імпульсів у діапазоні температур,
Тривалість переднього та заднього фронтів вихідного імпульсу, мкс
Визначаємо параметри схеми.
1. Колекторна напруга визначається за умови, що
2. Виберемо транзистор КТ31Д.
Характеристики транзистора КТ315А
Допустимий струм колектора
Максимальний струм колектора
При цьому для забезпечення амплітуди вихідного імпульсу колекторний струм дорівнює:
4. Величину опору розраховуємо так:
5. Опір одно:
6. Опір для коефіцієнта глибини насичення розраховується, виходячи з умови насичення другого транзистора у вихідному стані:
7. Часову ємність визначаємо:
8. Опір дільників і визначається за умови замикання першого транзистора в початковому стані:
9. Уточнення величини відновлення схеми визначається часом заряду конденсатора:
10. Уточнення величини амплітуди напруги:
Після тестування та припасування схеми методами САПР отримані наступні значення елементів схеми:
§4. Розрахунок другого чекаючого мультивібратора з емітерним зв'язком (строб роботи)
Запуск другого мультивібратора (Рис. 4.1.) відбувається за допомогою позитивного імпульсу на колекторі першого транзистора, який після диференціювання за допомогою ланцюжка, що диференціює, з маленької постійної часу ланцюга дає стрибок напруги на опорі , що забезпечує зміну стану на транзисторах. У схемі запуску є діод, що дозволяє запустити мультивібратор тільки по задньому фронту імпульсу з першого мультивібратора.
Вихідні дані для розрахунку схеми мультивібратора, що чекає
Амплітуда вихідного імпульсу ,
Мінімальна тривалість вихідного імпульсу, мкс
Максимальна тривалість вихідного імпульсу, мкс
Допустима нестабільність тривалості імпульсів у діапазоні температур,
Тривалість переднього та заднього фронтів вихідного імпульсу, мкс
Опір навантаження, кому
Визначаємо параметри схеми.
1. Колекторна напруга визначається за умови, що
2. Тип транзистора визначаємо з наступних умов:
Б. умова мінімальної тривалості імпульсів:
Виберемо транзистор КТ315А
Характеристики транзистора КТ315А
Допустимий струм колектора
Максимальний струм колектора
3. Розмір опору визначається з наступних умов
При цьому для забезпечення амплітуди вихідного імпульсу колекторний струм дорівнює:
4. Величину опору розраховуємо так:
5. Опір одно:
6. Опір для коефіцієнта глибини насичення розраховується, виходячи з умови насичення другого транзистора у вихідному стані:
7. Часову ємність визначаємо для , так як :
8. Опір дільників і визначається за умови замикання першого транзистора в початковому стані:
9. Уточнення величини відновлення схеми визначається часом заряду конденсатора:
10. Уточнення величини амплітуди напруги:
Після тестування та припасування схеми методами САПР отримані наступні значення елементів схеми:
§5. Розрахунок першого транзисторного ключа
У вихідному стані транзистор знаходиться в режимі відсікання під дією вхідної замикаючої напруги. При вступі на вхідмомент часу t=t1 перепаду напруги, що відмикає, емітерний перехід транзистора зміщується в прямому напрямку, а базовий струм(і емітерний) стрибкоподібно досягає значення. Колекторний струм відповідно до перехідної характеристики транзистора наростатиме.
Емітерний, колекторний, базовий струми та міжелектродні напруги залишаються практично незмінними. У сфері бази відбувається накопичення надлишкового заряду нерівноважних носіїв. У певний момент часу на вхід системи подається напруга, що замикає. Процес розмикання ключа складається із стадії розсмоктування надлишкового заряду нерівноважних носіїв та стадії закривання транзистора. У момент закінчення стадії розсмоктування транзистор входить до активної області і починається процес його закривання.
Зробимо розрахунок схеми ключа з резистивно-ємнісним зв'язком. Ключ навантажений на опір R та ємність C. Управління ключем здійснюється негативними імпульсами від джерела з вихідним опором R. В результаті розрахунку повинні бути визначені величини елементів зв'язку R,R,С, Eб, а також час відключення та вимкнення ключа.
Параметри ланцюга зв'язку потрібно вибрати так, щоб задовольнялися умови працездатності ключа. Ключ повинен бути розімкнений при низькому рівні керуючої напруги і замкнутий за високого.
§6. Розрахунок автоколивального мультивібратора
Мультивібратори з колекторно-базовими зв'язками широко використовуються в імпульсних пристроях як генератори імпульсів майже прямокутної форми.
Повний цикл авто коливального процесу в мультивібратор складається з двох напівперіодів коливань. У симетричному мультивібратор тривалості напівперіодів однакові. Тривалість кожного напівперіоду визначається часом розряду конденсатора, включеного до ланцюга бази.закритий транзистор. Розряд конденсатора здійснюється через відкритий транзистор, режим якого вибирають зі ступенем насичення s = 1.2-2. При такому режимі забезпечується хороша форму і стабільність амплітуди імпульсів і не спостерігається зриву коливань.
Зменшення величини опорів Rб при заданому ступені насичення транзисторів призводить до зменшення величини колекторних опорів Rк, отже, підвищення споживаної мультивібратором потужності.
Схема мультивібратора має властивості автоколивальної системи із жорстким режимом виникнення коливань. Це означає, що у схемі можливий статичний рівноважний стан, при якому обидва транзистори перебувають у насиченні, і для переведення системи в режим релаксаційних коливань необхідний зовнішній пусковий імпульс.
Істотним недоліком схеми мультивібратора є велика тривалість негативних фронтів колекторної напруги у зв'язку з протіканням через колекторні опори зарядних струмів.
§7. Розрахунок другого транзисторного ключа
Для замикання транзистора VT1 в контурі ударного збудження необхідно подати негативний імпульс на базу цього транзистора. Так як запускаючим пристроєм є другий мультивібратор, що чекає, а запускаюча напруга знімається з колектора другого трвнзистора, то необхідно передбачити інвертор фази на 180 гр.
Це можна зробити через ключ.
Визначення параметрів ключа.
Умова замикання транзистора VT1 у вихідному режимі визначається
Зазвичай напругу замикання вибирають у межах: .
Ключ повинен бути розімкнений при низькому рівні керуючого напруги, тобто при замкнуті при високому .