Блок управления модулятором добротности твердотельного лазера

Московский  ордена Ленина, ордена Октябрьской  Революции и ордена Трудового  Красного Знамени

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. Н.Э. Баумана

 

Факультет Радиоэлектроника и лазерная техника

Кафедра Радиотехнические системы и устройства

 

 

Расчетно-пояснительная записка

к курсовой работе

по курсу Электроника и микропроцессорная техника

 на  тему:

 

 

«БЛОК УПРАВЛЕНИЯ МОДУЛЯТОРОМ ДОБРОТНОСТИ  ТВЕРДОТЕЛЬНОГО ЛАЗЕРА»

 

Вариант 17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Студент:  Павлов А.В.

Группа РЛ2-62

Руководитель: Глотов А.Н.

 

 

// Содержание

 

1. Техническое задание                                                                                                                     3
2. Выбор и обоснование блок-схемы системы управления                                                           4
3. Расчёт первого ждущего мультивибратора с эмиттерной связью (строб задержки)     6
4. Расчёт второго ждущего мультивибратора с эмиттерной связью (строб работы)      9
5. Расчёт контура ударного возбуждения (генерация колебаний заданной частоты)         12
6. Расчет триггера с эмиттерной связью (усилитель – ограничитель)                                 15
7. Расчёт транзисторного ключа                                                                                                18
8. Заключение                                                                                                                                  21
9. Список литературы                                                                                                                   22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Техническое задание

 

Тема  проекта.

Блок управления модулятором твердотельного лазера.

Цель  задания.

1. Выбрать и  обосновать блок схему устройства  блока управления. Рассчитать элементы  принципиальной схемы в соответствии  с заданием.

2. Разработать функциональную и принципиальную схему устройства, которое должно сохранять параметры, указанные в задание в диапазоне температур от -30 до +30 градусов Цельсия.

3. Провести моделирование  разработанного устройства в  САПР.

 

Параметры выходных импульсов.

-Время задержки  импульса запуска:                                                   tз=275 мкс

-Время работы:                                                                                     tр=89 мкс

-Длительность  импульса управления:                                                  tи=2.0 мкс

-Длительность  переднего фронта импульса управления:                     tф=0.2 мкс

-Длительность  заднего фронта импульса управления:                         tc=0.3 мкс

-Частота следования  импульсов управления:                                      ν=125 кГц

-Амплитуда импульсов  управления на нагрузке:                                Um=33 В

-Сопротивление  нагрузки:                                                                   Rн=4 кОм

-Емкость нагрузки:                                                                              Сн=50 пФ

 

 

2. Выбор и обоснование блок-схемы  системы управления

   Система управления зарядом должна зарядить накопительную емкость батареи до напряжения, определяющего энергию накачки и поддерживать это напряжение с достаточной степенью точности. Для запуска лампы накачки, которая вырабатывает импульс света, который и превращает активный элемент лазера в элемент, способный усиливать проходящий через него свет определенной длины волны.

   Импульсный режим работы лазера (по накачке) определяет особенности управления электрооптическим (или другим типом) модулятора добротности. Достаточный уровень усиления активной среды достигается через некоторое, вполне определенное время. Поэтому необходимо задержать появление первого импульса модуляции добротности на время задержки необходимое для установления свойств активного элемента лазера (коэффициента усиления) на заданном уровне.

Лазер с импульсной модуляцией добротности состоит из системы управления модулятором (СУМ):

 

Выберем следующую  схему управления СУМД:

1. Запускающий  импульс с внешней схемы. 

2. Ждущий мультивибратор (генерирует импульс задержки  начала режима работы).

3. Ждущий мультивибратор (генерирующий импульс работы).

4. Контур ударного возбуждения (генерирует синусоиду заданной частоты).

5. Триггер Шмитта (преобразует синусоиду в прямоугольные импульсы).

6.Ждущий мультивибратор(генерирует управляющие импульсы заданной частоты и длины).

СУМД должна давать следующие  временные диаграммы работы лазера в режиме «пачки» импульсов (Рис. 1, 2, 3, 4 и 5):

Рис. 1. Импульс запуска накачки

 

Рис. 2. Интенсивность накачки

Рис. 3. Строб задержки первого импульса модуляции добротности

Рис. 4. Строб работы в режиме «пачки» импульсов

Рис. 5. Импульсы модуляции

 

3. Расчёт первого ждущего мультивибратора с эмиттерной связью (строб задержки)

 

Рис. 6. Схема ждущего мультивибратора с эмиттерной связью (строб задержки)

 

Мультивибратор с эмиттерной связью в данной схеме (Рис. 6) применяется как ждущий генератор импульсов прямоугольной формы с заданной длительностью.

В данной схеме запуск производится от генератора прямоугольных импульсов V1 импульсом амплитудой 8 [В] и длительностью 10 [мкс].

В исходном состоянии транзистор T1 закрыт, а транзистор T2 открыт и находится в режиме насыщения, что достигается выбором сопротивлений R1, R2, Re. Конденсатор С заряжен до максимального значения. При поступлении запускающего импульса происходит опрокидывание схемы, в результате чего T2 закрывается, а T1 переходит в режим насыщения. В наступившем неустойчивом состоянии происходит разряд конденсатора частью коллекторного тока транзистора T1, протекающего через сопротивление R, источник напряжения VEK, и сопротивление Re. При разрядке конденсатора происходит снижение потенциала базы транзистора T2 по экспоненциальному закону, после чего происходит возврат схемы в начальное состояние.

Определяем параметры схемы.

 Коллекторное напряжение определяется из условия, что

.     Выбираем .

Выбор типа транзистора  производится из условий:

  - максимально допустимое коллекторное напряжение больше или равно Ek;

  - время TF должно быть того же порядка, что и допустимое время включения и выключения транзистора.

Анализируя  базу данных биполярных транзисторов можно выбрать транзистор  КТ315И

 

Характеристики транзистора КТ315И
			Допустимый  ток коллектора	Максимальный ток коллектора	Сопротивление эмиттера	Сопротивление базы
10	100	90	0,1	15∙10-6	10	10

 

1. Величина сопротивления  определяется из следующих условий

;

.

Выберем .

При этом для обеспечения амплитуды выходного импульса коллекторный ток равен:

.

2. Величину сопротивления рассчитываем так:

.

Выберем .

3. Сопротивление равно:

.

Выбираем .

4. Времязадающее сопротивление для коэффициента глубины насыщения рассчитывается, исходя из условия насыщения второго транзистора в исходном состоянии:

.

Принимаем .

5. Времязадающую ёмкость определяем для , так как :

.

Выбираем . Сопротивления делителей и определяются из условия запирания первого транзистора в начальном состоянии:

.

Выбираем .

.

Выбираем .

6. Уточнение величины восстановления схемы, определяется временем заряда   конденсатора:

.

7. Уточнение величины амплитуды напряжения:

.

После тестирования и настройки схемы методами САПР получены следующие значения элементов схемы:

, , , , , , ,  ,

 

 

 

 

4. Расчёт второго  ждущего мультивибратора с эмиттерной  связью (строб работы)

 

Рис. 7 Схема ждущего мультивибратора с эмиттерной связью(строб работы)

Запуск второго мультивибратора (Рис. 7) происходит при помощи положительного импульса на коллекторе первого транзистора, который после дифференцирования при помощи дифференцирующей цепочки с маленькой постоянной времени цепи даёт скачок напряжения на сопротивлении , что обеспечивает смену состояния на транзисторах. В схеме запуска присутствует диод, что позволяет запустить мультивибратор только по заднему фронту импульса с первого мультивибратора.

Определяем параметры схемы.

 Коллекторное напряжение определяется из условия, что

.     Выбираем .

Анализируя  базу данных биполярных транзисторов можно выбрать транзистор КТ315И

1. Величина сопротивления  определяется из следующих условий

;

.

Выберем .

При этом для обеспечения амплитуды выходного импульса коллекторный ток равен:

.

2. Величину сопротивления рассчитываем так:

.

Выберем .

3. Сопротивление равно:

.

Выбираем

4. Времязадающее сопротивление для коэффициента глубины насыщения рассчитывается, исходя из условия насыщения второго транзистора в исходном состоянии:

.

5. Принимаем

 

6. Времязадающую ёмкость определяем для , так как :

 

Выбираем .

7. Сопротивления делителей и определяются из условия запирания первого транзистора в начальном состоянии:

.