Funktionseinteilung des Lasertreibers

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

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

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

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

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