Funktionseinteilung des Lasertreibers

Die Funktion des Lasertreibers ist in fünf Teile eingeteilt. Die Abschnitte wurden in Anlehnung des Papers Libbrecht, Hall, et al., erklärt:

(A) Spannungslimitierung

Der LM317 ist ein PNP-Transistor und wird als einstellbar Spannungsregler verwendet

Bei Zeitpunkt 0 (= Lasertreiber Aus) ist der Transistor kurzgeschlossen (leitet) und schließt das Poti R1 kurz, sodass R1=0 ist.

Beim Einschalten wird der Kondensator C1 aufgeladen. Dies geschieht über den Weg R2 und R3. Der Kondensator wird so lang aufgeladen bis der Transistor unwirksam ist.

Spannungsspitzen werden unwirksam

Wenn der Transistor unwirksam ist, dann wird U_Betrieb über R1 und R2 gegeben

Maximale Spannung wird über R1 und R2 gegeben

Zum Schutz beim Ausschalten wurde die Diode eingebaut. Wenn der Lasertreiber ausgestellt wird, dann ist U_Betrieb=0. Jedoch ist der Kondensator C1 moch geladen, dadurch wird die Diode leitend und der Kondensator entläd sich. So wird der Transistor leitend

Spannungsspitzen werden vermieden

R4 und C2 dienen als Filterung der U_Betrieb

Spannungsänderungen werden von dem Kondensator C2 aufgenommen und werden nicht zu U_FET durchgelassen

(B) Spannungsreferenz mit Sollwerteinstellung (DC Part)

Poti R6 ist zum Einstellen des Sollwertes U_Soll des Soll-Stroms

Die Sollspannung U_Soll wird durch Referenzdiode LM399 gegeben

Die Sollspannung U_Soll wird zwei mal gefiltert durch C3&R7 und C4&R8 und geht dann auf den Regel-OP(Eingang: +)

Wenn ein Strom zur Laserdiode fließt fällt eine Spannung über den Messwiderstand ab.

Diese Spannung ist die Ist-Spannung und wird mit U_ist bezeichnet

U_Ist geht auf den Regel-OP(Eingang: -)

Wenn U_Soll ungleich U_ist ist, dann ist die Ausgangspannung des Regel-OP´s positiv

Transistor FET leitet

Strom fließt zur LD

Der Regel-Op sorgt mit seinem Ausgang dafür, dass über den Messwiderstand die gleiche Spannung abfällt, wie die durch die Sollspannung eingestellt ist

Der Widerstand R5 ist in Reihe mit dem Operationsverstärkerausgang eingebaut und führt zur Stabilisierung der Schaltung <fc #ff0000>?</fc>.

R10 & C5 filtern hohe Frequenzen kommend aus dem Regel-OP

Unterschied zur PTB bei *: Hier wurde ein weiteres Poti eingebaut, dieser eine Spannungsbegrenzung (=Strombegrenzung) einstellen lässt

Die Spule verhindert, dass die Modulation U_AC in die Schaltung der Spannungsreferenz hinkommt. Sie dient also zur Filterung

(C) Modulation (AC Part)

Die Modulation (AC Part) ist von extern kommend und wird auf das Laserdiodensignal geregelt

Der Modulationspart bekommt eine Eingangsspannung und addiert einen Strom auf den Strom kommend vom DC-Part zur Laserdiode (Eingang: Spannung; Ausgang: Strom)

Dabei ist es wichtig das das Potential U_AC und U_DC auf dem selben Niveau gebracht wird

Das Prinzip beruht auf den Howland current source Design

Am Eingag (+) vom OP_A ist am Ausgang der gesamten Modulationsschaltung angeschlossen

Der OP_A besitzt eine negative Rückkopplung durch R1. Er ist somit ein nicht invertierender Verstärker.

Der negativ-rückgekoppelter Verstärker bewirkt zwischen den (+) und (-) Eingängen, dass es zwischen ihnen kein Potentialunterschied gibt

Ein Spannungsteiler ist eingabut durch R1 und R2.

Beispiel: Für R1 = R2 ist bei dem Eingang die halbe Ausgangspannung von OP_A, sodass es einen Verstärkungsfaktor von 2 ergibt

Der Widerstand R3 gibt den Strom für hohe Frequenzen zur Laserdiode mit U_Input = R3 * I an

Für kleine Frequenzen kommt der Strom aus dem OP_A & R4

Der OP_B ist ein invertierender Verstärker. Am Eingang (+) vom OP_B ist Masse

Der Kondensator C1 wird gebraucht um schwingen zu verhindern

Bei der Version von KMK ist, ähnlich eines Folgers, ein weiterer OP eingebaut

Dieser sorgt für eine ideale Spannungsquelle (Stromquelle). Falls die Quelle von U_Input kaum Strom abgeben kann.

je höheren Wert die Spule hat, desto niedriger geht die Filterungsfrequenz

(D) Testaufbau

Wichtig ist der Testaufbau zum Charakterisieren des Laserstromtreibers

(E) Spannungsversorgung

Hochfrequenzen werden durch Spulen geblockt/geflitert

Kondensatoren filtern

Bei dem Lasertreiber der PTB wurde ein Doppelschalter an der Stelle * zum AN/AUS eingebaut