Содержание
| Козлов Сергей, uk8amk (at) mail.ru |
В последнее время в продаже появились очень дешевые лазерные указки китайского производства. Они находят применение в самых различных областях радиолюбительского творчества. Однако, ввиду своего предельно упрощенного устройства, для питания от нормальных источников напряжения приходится прибегать к некоторым схемотехническим хитростям.
Рассмотрим схему самой обычной указки:
Как видно из рисунка она состоит из батареи на напряжение 4,5 вольта, выключателя, токоограничивающего резистора и лазерного диода. Как показала моя личная практика, при работе от собственных батареек указка не выходит из строя длительное время. При включении же от обычного источника это время уменьшается до 1-2 минут. Спалив десяток указок, я решил разобраться в чем тут дело. Перерыв кучу информации, я пришел к следующим выводам:
- лазерный диод боится статического электричества;
- лазерный диод боится микросекундных всплесков напряжения;
- лазерный диод ну очень боится превышения рабочего тока.
Попытаюсь подробнее объяснить как с этим бороться.
- Заземляйте все и заземляйтесь сами. Если вы пользуетесь 220 вольтовым паяльником, то на время пайки лазера желательно паяльник отключать. Лучше пользоваться низковольтным паяльником. Также не помешает закорачивание выводов указки.
- Любое, даже небольшое и кратковременное, превышение напряжения питания приводит к перегоранию лазерного диода. Используйте стабилизаторы напряжения и конденсаторы большой емкости в паре с керамическими конденсаторами небольшой емкости(керамические хорошо фильтруют высокочастотные всплески). Не плохо подключать параллельно лазерной указке стабилитрон на напряжение 4,5-4,7 вольта. Все это защищает от нежелательных выбросов напряжения.
- С рабочим током ситуация следующая. Когда включается лазерный диод, он начинает греться. С повышением температуры увеличивается ток, протекающий через диод. При работе от «своих» батареек малой емкости с повышением тока сразу же падает напряжение, а с ним и ток. Поэтому с диодом не происходит ничего или почти ничего. Для питания от обычных источников нужно этот ток как-то стабилизировать. Здесь подходят схемы стабилизаторов тока, так называемые источники постоянного тока. Они держат ток нагрузки(в нашем случае лазера) на одном уровне. При уменьшении сопротивления диода снижается напряжение
Все эти рекомендации я постарался воплотить в следующей схеме:
Эту схему я использовал для домашнего лазерного шоу. Резистор R* нужно подобрать по току потребления лазера. Это делается следующим образом. Мультиметром замеряется ток потребления лазера от «своих» батареек. Затем по формуле R*=0.6/I1 (см.рис.) определяется сопротивление. Перед подключением лазера необходимо мультиметр установить на измерение тока и подключить вместо лазера. Мультиметр должен показать нужный ток. Только после этого можно подключать лазер.
Если нужно модулировать луч лазера, то можно использовать следующую схему:
В этом случае конденсатор 2200мкф нужно заменить на 470мкф или меньше, в зависимости от частоты модуляции.
На базу модулирующего транзистора через резистор 1к-2к подаются модулирующие импульсы положительной полярности(например, от TTL генератора на микросхеме К155ЛА3).
Транзисторы для стабилизатора и модулятора можно использовать любые кремниевые типа N-P-N
Мечта о маленьком карманном лазере стала реальностью с появлением и развитием полупроводниковых лазерных диодов. В просторах интернета достаточно много статей о том, как можно сделать выжигающий лазер из привода для компакт дисков. Но не стоит ограничиваться только этой информацией.
Выбор лазерного диода:
Если вы задались серьёзной целью сделать лазер то просмотрите справочник и выберете подходящий по параметрам лазерный диод. Если нет у вас есть неисправный DVD RW привод — то вам придется раскошелится и купить лазерный светодиод. Причём в этом случае, вы можете в меру своих финансовых возможностей, подобрать лазер нужной вам мощности. А как с ним быть дальше? Рекомендую прочитать и прислушаться к нашей статье что бы не тратить время на сборку сомнительных схем подключения лазерного диода.
Классификация лазерных установок:
В лазерном пучке концентрируется высокая энергия и потому существует опасность повредить зрение при неосторожном обращении с лазерами. Существует классификация опасности лазерных установок в соответствии с EN60825-1 рисунок №1.
Рисунок №1 – Классификация опасности лазерных установок
При работе с лазерными диодами нужно СТРОГО СОБЛЮДАТЬ ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ. Нельзя направлять луч лазера прямо в глаза, это может привести к полной или частичной потере зрения. Не давайте вашу лазерную установку детям, не оставляйте её в легкодоступных местах! Исключайте возможность не санкционированного (случайного) включения лазера, используйте ваше творение только в мирных целях. Одевайте защитные очки при настройке и работе с ним.
О лазерном диоде:
Как правило, лазерный диод это миниатюрное устройство с тремя (рисунок №2) или четырьмя ножками в зависимости от типа.
Рисунок № 2 – Внешний вид лазерного светодиода с тремя ножками
Почему три ножки? Дело в том что внутри корпуса находится кроме лазерного излучающего диода ещё и фотодиод рисунок №3.
Риснок №3 – Схема лазерного светодиода
Фотодиод предназначен для того чтобы управлять (регулировать или ограничивать) током лазера. Конструктивно это выглядит так: рисунок №4.
Маломощные лазерные диоды эксплуатируются с напряжениями в несколько вольт и силой тока в диапазоне примерно от 50 до 80 мА. Указанный в соответствующих паспортах на них (Datasheet). Например рабочий ток (50-60 мА) ни в коем случае нельзя превышать! Опасны также импульсные перегрузки. Поэтому при питании лазерного светодиода нужно принимать во внимание то, чтобы такие пики отсутствовали. Надежнее всего использовать в качестве источника питания для диода не блок питания, а батареи. Но это не всегда подходит – особенно если вы хотите сделать стационарную установку.
Итак, если вы желаете подключить ваш лазерный диод (ЛД) к не стабилизированному (простому) блоку питания рекомендую воспользоваться схемой рисунок №5:
Рисунок №5 – Схема подключения ЛД к нестабилизированному источнику питания
С1– 10 мкФ
С2 – 47 пФ
С3,С4 – 10 нФ
R1 – 10 К
R2 – 1,5 К
R3 – 33 Ом
VT1 – ВС548
VT2 –BD675
VD1 – Лазерный диод
VD2 – 3,3 В/ 1,3Вт
Благодаря такому подключению лазерного диода можно предотвратить его выход из строя. Падение напряжения на резисторе R2 открывает транзистор VT 1, он управляет током базы транзистора VT 2. В контуре регулирования ток фотодиода колеблется около 400 мкА. Конденсатор С4 устраняет импульсные помехи, а емкостной делитель напряжения, состоящий из конденсаторов С2 и СЗ, обеспечивает запуск процесса регулирования сразу при подаче напряжения питания.
Мой вариант лазера:
Я тоже попробовал сделать лазер из DVD RW привода и хочу сразу вас предупредить, что идея хорошая, но реализовать её достаточно сложно. Разбирать рабочий DVD RW привод это глупо, а в поломанных приводах, как правило, лазерный диод уже палёный и восстановлению не подлежит. Даже если вам всё же удалось вынуть рабочий лазерный диод, то будьте готовы к тому, что к нему необходима специальная собирающая линза, так как сам по себе лазерный диод светит не сфокусировано. А что б сформировать требуемое расхождение луча вам понадобиться хорошая оптика. Линзы от DVD RW привод не дают желаемый эффект. Я просто купил готовый лазерный модуль типа HLDPM12-655-5 (в корпусе с оптикой и защитой от переполюсовки), и подключил его к обыкновенному блоку питания.
Рисунок №6 – HLDPM12-655-5 внешний вид 
Рисунок №7 – HLDPM12-655-5 подключённый к блоку питания 
Рисунок №8 – свечение лазера
Мощность моего лазерного диода всего 6 мВт (для моих целей этого было достаточно) но если вам необходимо прожигать отверстия в листке бумаги, то придётся покупать гораздо более мощный лазерный диод, который соответственно стоит дороже.
P.S.: Я постарался наглядно показать и описать не хитрые советы. Надеюсь, что хоть что-то вам пригодятся. Но это далеко не всё что возможно выдумать, так что дерзайте, и штудируйте сайт https://bip-mip.com/
- Термолобзик своими рукамиДля фигурного выпиливания в легкоплавких листовых материалах, удобно применять так.
- Регулируемый блок питания на стабилизаторе напряжения LM317Начинающему радиолюбителю просто не обойтись без хотя бы простейшего блока.
- Лестница своими рукамиЕсли вам необходимо добраться до какого, то предмета весящего на.
- Тиристорный регулятор яркости настольной лампыНе смотря на то, что лампы накаливания вымирающий вид:).
- Рабочее место своими рукамиВ сельской местности рабочее место может быть размещено в сарае.
Analog Devices » AD8601
Используя источник постоянного тока и ЦАП, включенный в логометрической конфигурации, можно с высокой точностью управлять мощностью излучения лазерного диода
Эта схема, достаточно точная и не требующая большого числа компонентов, предназначена для управления лазерным диодом и разработана в соответствии с требованиями, предъявляемыми к оборудованию медицинского назначения. Сейчас устройство проходит клинические испытания. Характеристики лазерных диодов подвержены кратко- и долговременному дрейфу, обусловленному температурой и старением. Обычно они управляются постоянным током, поэтому их выходную оптическую мощность контролируют и, в соответствии с ее изменениями, регулируют ток.
Корпус конструкции заземлен, поэтому конфигурация источника постоянного тока рассчитана на включение силового транзистора в верхнее плечо лазера, а не на более простой вариант противоположный вариант. Кроме того, чтобы избежать «татуировки» пациента, ток должен быть изначально ограничен.
 |
||
| Рисунок 1. | При использовании логометрической конфигурации ЦАП этот драйвер лазерного диода обеспечивает стабильный уровень управляющего напряжения и точную установку малых токов. |
|
В схеме с однополярным питанием +5 В резистор R1, измеряющий и ограничивающий ток, и p-канальный МОП-транзистор Q1 образуют истоковый повторитель (Рисунок 1). Затвор МОП-транзистора находится под напряжением, немного превышающем напряжение истока, поэтому транзистор частично открыт, и ток лазерного диода создает падение напряжения на резисторе R1. В худшем случае, когда Q1 открыт полностью, максимальный ток лазера определяется выражением
RDS(SAT) = 25 мОм – сопротивление открытого канала МОП-транзистора,
VLASER = 2.0 В – напряжение на лазерном диоде.
Значения R DS(SAT) и VLASER были взяты из справочных данных на транзистор и лазерный диод, соответственно. Выбор сопротивления резистора R1 определяется требованиями к величине тока лазера (в данном случае, 250 мА) с учетом коррекции, вносимой прямым напряжением лазерного диода, типичное значение которого равно 2.0 В. Решая уравнение относительно R1, получаем:
где ILASER = 250 мА.
Сопротивление RDS(SAT) настолько мало, что его можно не учитывать. При известных значениях R1 и максимального тока лазерного диода мощность, рассеиваемая R1, может быть рассчитана по формуле
откуда следует, что резистор с допустимой рассеиваемой мощностью 800 мВт обеспечит небольшой дополнительный запас.
Величина тока лазера устанавливается с помощью ЦАП, выходное напряжение которого задается логометрически. В качестве опорного здесь используется напряжение источника +5 В, поэтому выход ЦАП отслеживает все флуктуации питания. Во время работы на выходе АЦП устанавливается требуемая величина управляющего напряжения. Делитель R2, R3 масштабирует эту уставку относительно номинального питания +5 В.
Например, если выходное напряжение ЦАП задано равным половине шкалы, то есть +2.5 В, напряжение между R2 и R3, (или на неинвертирующем входе ОУ IC1), будет равно +3.5 В. Включенная в контур обратной связи IC1 регулирует напряжение на затворе Q1 и, соответственно, ток, походящий через R1, Q1 и лазерный диод. Режим схемы стабилизируется, когда напряжение обратной связи станет равным +3.5 В. В этом установившемся режиме на резисторе R1 падает 5 В – 3.5 В = 1.5 В, и ток равен 125 мА, то есть, находится в середине шкалы. Аналогично, если на выходе ЦАП установить минимальное значение 0 В, напряжение на неинвертирующем входе IC1 будет равно +2 В. IC1 будет увеличивать напряжение на затворе Q1 до тех пор, пока падение напряжения на R1 не вырастет до 3 В, а ток, соответственно, до 250 мА. Это точка насыщения, в которой Q1 полностью открыт, и прямое напряжение на лазерном диоде равно +5 В минус падение напряжения на R1.
В полную схему должны быть включены элементы R4 и C1, обеспечивающие стабильность контура регулирования и имеющие частоту среза f, равную
Отдельное внимание следует уделить процессу, происходящему в схеме при скачкообразном изменении управляющего напряжения, на время которого ОУ, работавший до этого как сумматор напряжений уставки и обратной связи, становится повторителем напряжения, и на его выходе стремится возникнуть ступенька. В связи с этим в нашем примере добавлен конденсатор C2, образующий низкочастотный фильтр напряжения уставки с частотой среза
где R2||R3 = 12 кОм.
Если частота среза этого фильтра будет намного меньше полосы пропускания цепи ОС, ОУ сможет отслеживать ступенчатые изменения уставки с минимальными выбросами во время переключения ЦАП.
R5 обеспечивает некоторое смещение ОУ за счет того, что небольшой ток всегда будет гарантированно протекать через резистор R1. Когда на выходе ЦАП установлено напряжение полной шкалы +5 В, ток лазера, задаваемый операционным усилителем, всегда будет немного превышать значение, определяемое уставкой. Поэтому выход ОУ, пытаясь выключить Q1, будет входить в насыщение. Без резистора R5 входное напряжение смещения ОУ могло бы восприниматься как ложное значение уставки и приводило к включению Q1 для восстановления баланса.
Это одна из основных причин, по которой используется логометрическое включение ЦАП. Если бы опорное напряжение ЦАП было фиксированным, программирование малых токов была бы практически невозможным. Если на выходе ЦАП установить напряжение чуть ниже точного значения +5 В, то даже при небольших флуктуациях напряжения питания +5 В управляющее напряжение будет изменяться весьма существенно. Однако в логометрической схеме ЦАП отслеживает изменения напряжения питания +5 В, и относительное управляющее напряжение на его выходе остается стабильным.
Платой за возможность точно задавать слабые токи является плохой коэффициент подавления пульсаций питания. Однако в том медицинском приложении, для которого предназначался лазер, петля стабилизации тока сама является частью петли стабилизации мощности, и пульсации питания в ней минимальны. Если же потребуется, на плату можно добавить небольшой стабилизатор напряжения, и ценой некоторого увеличения числа компонентов вы получите стабильное, малошумящее питание лазера.
Материалы по теме
Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман
