Lasertreiber

Fragen zu Elektronik und Elektro allgemein.Fragen zu Bauteilen wie z.B. Tansistoren, Dioden, Kondensatoren usw.

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Lasertreiber

Neuer Beitragvon BlueHazzard am Montag 3. Mai 2010, 10:58

Hallo,
ich bin gerade dabei, einen steuerbaren Lasertreiber zu bauen. Ein Lasertreiber ist ja nur eine Stromquelle. Da Laser aber extrem empfindlich gegenüber Überstrom sind, darf die Stromquelle nicht überschwingen.
Als Grundschaltung würde ich einen einfachen OPV benutzen, und den Strom (Referenzspannung) über einen D/A Wandler einstellen. Wenn ich einen einfachen Verstärker, ohne irgendeine C benutze, dürfte das Überschwingen ja kein Problem sein oder? Wenn ja, wie kann ich das erkennen, ohne den Laser zu gefärden oder ein Speicheroszi zu benutzen? (Zur verfügung steht mir nur ein Analoges Oszi)
Ich würde den Laser gerne mit ca 1kHz Pulsen, wie stelle ich das am besten an? Der D/A Wandler ist zu langsam, um ihn jedes mal auf Null zu setzen. Nun verbleiben mir 2 Möglichkeiten den Laser zu pulsen:
1. Ich ziehe mit einem Transistor die Referenzspannung auf 0, das kann ich, da der D/A Wandler kurtzschlussfest ist
2. Ich ziehe mit einem Transistor das Steuersignal des OPV, das den Leistungstransistor steuert auf 0. Auch das ist möglich, da der OPV ja KS fest ist. Hier stellt sich mir aber die Frage, wird das dann nicht schwingen?

Welche ist besser?
Der Laser hat ca 100mW und ist eine Diode mit einr Linse, ohne eingebauten Fototransitor. Die genaue Leistung ist mir egal. (Für die Sicherheitsfrage: Der gesamte Aufbau befindet sich in einem geschlossenen, undurchsichtigen Gehäuse, das mit einem Sicherheitsschalter geschützt ist, den ich aus guten Gründen nicht überbrücke ;) )
Der Strom muss einstellbar sein (über einen µC) da ich den Laser über eine CMOS Kamera kalibriere, und ich diser nicht 100mW zutraue.
Danke und
mfG.
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Re: Lasertreiber

Neuer Beitragvon anders am Montag 3. Mai 2010, 13:32

Welche ist besser?
Die dritte: Du schliesst den Laser kurz. 8)
Am besten steckst du vorab anstelle der LD ein paar normale Dioden rein, deren Flusspannung in Summe etwa der der LD entsprechen.
Dann kannst du die Elektronik in Ruhe einstellen und ihr die Flausen austreiben.
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Re: Lasertreiber

Neuer Beitragvon Manx am Montag 3. Mai 2010, 15:56

Und keine Drahtwiderstände verwenden, es sei denn, sie wären definitiv induktionsfrei.
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Re: Lasertreiber

Neuer Beitragvon BlueHazzard am Montag 3. Mai 2010, 18:32

Hallo,
"Du schliesst den Laser kurz" -> das dachte ich mir auch schon, aber da verpuffe Energie ;) , ok eigendlich wäre das ja egal, aber ist das schwingtechnisch besser?

"keine Drahtwiderstände" -> merkt man die Induktivität, bei einem Widerstand von 0,1Ohm? das sind doch nur 10-20 Wicklungen... (ok jetzt wo ichs schreibe denke ich mir auch, dass das genug sein könnte.... thx!)

danke für die Tips...

mfg
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Re: Lasertreiber

Neuer Beitragvon anders am Dienstag 4. Mai 2010, 12:02

aber ist das schwingtechnisch besser?
Ja, aber vor allem wirst du so den Einfluss des lahmen OpAmp los.
Der Opamp treibt einen Transistor an, in dessen Emitterleitung sich der Strommesswiderstand befindet.
In die Kollektorleitung kommt die Laserdiode.
Da die meisten Transistoren eine Stromverstärkung von mehr als 100 haben, stimmen Emitterstrom und Kollektorstrom besser als 1% überein.

Der Kollektorstrom ändert sich aber kaum, wenn man dieKollektorspannung ändert. Dazu muß nur die Betriebsspannung hoch genug sein, daß stets eine U_CE von mehr als 1V gewährleistet ist.
Der Transistor selbst stellt hier also die Konstantstromquelle dar, der Opamp dient nur zur Einstellung des gewünschten Stromes und merkt fast nicht, ob Spannung am Laser ist, oder nicht.
Wenn man eine konstante Spannung zur Verfügung hat, kann kann man den Opamp sogar weglassen und den Strom mit einem nicht zu hochohmigen Poti an der Basis einstellen: I_Laser = (U_in - 0,65V) / R_E

Zu beachten ist, dass der Konstantstromtransistor die maximale Verlustleistung entwickelt, wenn der Laser kurzzgeschlossen ist. Deshalb sind ganz kleine Transistoren mit 300mW Verustleistung evtl. überfordert.
Ansonsten kannst du den Laser auf diese Art problemlos bis zu ein paar MHz modulieren.

Bei den ganz hohen Frequenzen ist es aber sinnvoll den "Kurzschliesser" so auszulegen, dass die Spannung an der LD nicht ganz auf 0 geht, sondern nur soweit, dass keine Emission mehr stattfindet. Ausserdem muss man dann darauf achten, dass der "Kurzschliesser" nicht in die Sättigung kommt, sonst schaltet er zu langsam ab.


Ausser der bekannten ESD-Empfindlichkeit, sind Laserdioden empfindlich gegen Falschpolung.
Eine Falschpolung kann z.B. durch die Induktivität der Zuleitungen als Antwort auf den Stromimpuls zustande kommen.
Deshalb ist es üblich direkt an der LD eine antiparallele Kleinleistungsdiode, 1N4148 oder so, anzubringen.
Der ESD-Problematik begegnest du am besten, indem du die Anschlüsse der LD mit einem blanken Litzendrähtchen umwickelst. Diesen Kurzschluss entfernst du erst unmittelbar vor dem ersten Einschalten.
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Re: Lasertreiber

Neuer Beitragvon Manx am Dienstag 4. Mai 2010, 12:56

Ob man die Induktivität bei 0,1 Ohm merkt, weiß ich nicht. Bei mir war es so, dass eine LED mit etwa 10 kHz getaktet wurde, Strom dabei etwa 1,5 A. Die Schaltung lief mit 12V Betriebsspannung. Um den Transistor zu entlasten, habe ich einen vorhandenen Widerstand, drahtgewickelt auf Keramikröhrchen, etwa 4 Ohm davor gesetzt. Die Befestigungsschraube durch's Röhrchen war noch drin.

Es war zwar kaum zu sehen mit meinem Scope, aber ich hatte immer Spikes in die negative Richtung, winzig klein, aber mit schon heftiger Spannung. Ich gebe zu, dass ich ziemlich dumm aus der Wäsche geguckt habe. Es hat auch eine Weile gedauert, bis ich hinter die Ursache kam. :nuts:
Und es sieht auch schon komisch aus, wenn ein solcher Brocken von Widerstand mit einer 4148 gebrückt wird.

Nur der Vollständigkeit halber: Der Transistor schaltete und wurde auch zur Stromregelung genutzt.

Eine recht interessante Seite, etwas OT: http://modulatedlight.org/optical_comms/optical_index.html
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Re: Lasertreiber

Neuer Beitragvon Stromus am Dienstag 4. Mai 2010, 14:12

Mit Ausnahme der Fehlerfälle (defekte Bauteile) gibt es einen einzigen Grund, weshalb es zum Überstrom kommen kann:
Eine Induktivität in der Zuleitung LD-Kollektor „zwingt“ den Transistor zum Durchbruch  ist nur bei großen Werten für die Induktivität eine reelle Gefahr (einige 100µH bis mH). Hier, im Unterschied zum klassischen RLC- seriell, lässt sich die erzeugte Überspannung nicht durch den seriellen Widerstand bedämpfen. Der Grund steckt in dem Innenwiderstand des Transistors, der um einige Potenzen größer ist und als quasi Unterbrechung im Ausschaltmoment gilt. Daher ist hier die antiparallele Diode zu der Induktivität, als Entlastung des Kollektors die Lösung
Am Kollektor wird stets eine Überspannung in den Flanken zu sehen sein. Das kommt durch die parasitäre Kapazität der Diode zustande. Allerdings hat diese Spannung keinen Einfluss auf den Diodenstrom. Anders ausgedrückt, es kommt durch diese Überspannung zu keinem Überstrom.
Durch 1kHz-Puls ist der Mittelwert des LD-Stromes kleiner als der Wert im ungepulsten Zustand…wenn das nicht stört, dann ist es OK!
Stromus
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