====== Funktionseinteilung des Lasertreibers ====== Die Funktion des Lasertreibers ist in fünf Teile eingeteilt. Die Abschnitte wurden in Anlehnung des Papers {{ :groups:mg:private:steffensauer:diodecontroller_1_.pdf |Libbrecht, Hall, et al.,}} erklärt: ====(A) Spannungslimitierung==== {{ :groups:mg:private:steffensauer:spannungslimitierung.jpg?400|}} * 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)==== {{ :groups:mg:private:steffensauer:spannungsreferenz.jpg?400|}} * 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 ?. * 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)==== {{ :groups:mg:private:steffensauer:modulationspart.jpg?400|}} * 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==== {{ :groups:mg:private:steffensauer:spannungsversorgung.jpg?200|}} * Hochfrequenzen werden durch Spulen geblockt/geflitert * Kondensatoren filtern * Bei dem Lasertreiber der PTB wurde ein Doppelschalter an der Stelle * zum AN/AUS eingebaut ====== Wichtige Eigenschaften der Bauteile im Lasertreiber ====== * dominante Rauschparts sind das Potentiometer (Drahtgewickeltes Strom-Einstellpotentiometer) und der Messwiderstand * Messwiderstand sollte möglichst geringe Temperaturänderungsabhängigkeit aufweisen * Messwiderstand sollte bei 10 Ohm -> geringeres Widerstandsrauschen * Spule unterdrückt das Rauschen, zum Beispiel kommend vom Transistor * Die Auflösung im aktuellen Sollwert wird durch das Potentiometer begrenzt und kann durch Grob- und Feineinstellungen oder digitale Stufenschalter erweitert werden * Beachte, dass der Temperaturkoeffizient von Kupfer etwa 1000 mal so hoch ist wie der des Vishay-Abtastwiderstand * Somit kann schon der geringe Veränderung der den Widerstand verbindenden Drähte die Leistung der Schaltung beeinträchtigen * Für eine maximale Gleichstromstabilität sollte dieser Widerstand in einer Vierpolkonfiguration verdrahtet werden * Rauschbeitrag vom Transistor ist gegeben durch seine Input-Kapaziät * Je höher die Kapazität ist desto schlechter kann er gesteuert werden * Transistor mit kleiner Kapazität benutzen