Тема: Помогите с схемой

[avrerum]

Радиатор тоже не поставили, хотя-бы впрессовали в аксизку ЛД и то теплоотвод на минуту работы хватит с головой потом выключить и дать остыть аксизке!!!
Ну а если отсебятину делаете-то делайте и не жалуйтесь на то, что горят ЛД!!!

[Jagd]

Добрый день!

Помогите пожалуйста понять работу схемы управления питанием лазера. Я в общем-то ещё новичок, и не всё на этой схеме мне понятно. Схема в приложении (на оранжевый маркер внизу внимание не обращайте).
Пожалуйста, исправьте если я буду не прав.

Как я её понимаю:
1. Начну с фотодиода... Он слева, немного оранжевый. Работает в фотодиодном режиме, т.к. на него подано обратное напряжение. При освещении, его сопротивление резко уменьшается, он начинает "подтравливать", через него течет ток, который является током коллектора одного из транзисторов токового зеркала (ТЗ). R2 и R3 тут для борьбы с эффектом Эрли, верно?

2. Дальше непонятный момент. Фотодиод таким образом задает коллекторный ток второго транзистора в ТЗ. Что является нагрузкой, через которую потечет этот ток? Непонятно,  потому что этот же ток вроде как является и коллекторным током для VT1. Который вроде как и сам представляет собой транзисторный источник тока ( Искусство схемотехники, том1, 2.06 ), который питает нагрузку (т.е. ток вытекает). Но для VT1 ток задается с помощью резистора R1 в цепи его эмиттера. Вроде как получается, что токовое зеркало, и параллельно соединенный с ним конденсатор C2 представляют собой нагрузку для транзисторного источника тока на VT1.

3. Ввиду того, что сопротивление токового зеркала очень большое (ведь так?), весь коллекторный ток VT1 будет заряжать конденсатор C2. Напряжением на конденсаторе управляется полевик VT3, который тоже играет роль транзисторного источника тока. Собственно этот ток неизвестный мне автор схемы и пытается управлять.

4. Но все же я так и не понял, каким образом учитывается ток фотодиода для управления полевым транзистором VT3. Как сказано в http://radiomaster.ru/articles/view/99/] [url]http://radiomaster.ru/articles/view/99/ [/url] "Токовое зеркало с двумя NPN транзисторами иногда называют схемой с втекающим током, потому что стабилизирующий транзистор проводит ток на нагрузку с земли". Ну и направления токов там показаны как бы против стрелки транзистора, а я как новичок привык думать иначе . Так все же на какую нагрузку тогда проводит ток зеркало? Всё на тот же конденсатор С2?

Буду очень и очень благодарен, если поможете разобраться.

p.s. Этот топик частично и помог понять схему   http://laserforum.ru/index.php?topic=192.30

[Gall]

Смотрим.

Ток с фотодиода в токовом режиме (хороший режим, кстати, 1 фотон = 1 электрон-дырочная пара = 1.6E-19 Кл заряда, удобно) идет в токовое зеркало. R2, R3 против Эрли, а заодно для повышения устойчивости в целом (ограничивают ток, если фотодиод коротнуть или засветить слишком ярко). Даже не глядя на то, что такое VT1, можно понять, что это какой-то активный резистор, раз выход зеркала идет на силовой полевик.

Разбираемся с VT1. По смыслу ясно, что он включен "резистором", т.е. эквивалентен резистору большого сопротивления, подключенному верхним концом к высокому напряжению. Такая схема похожа на стабилизатор тока, но настроена на плохой коэффициент стабилизации. VD1 явно фотодиод в роли стабилитрона (заодно температурная компенсация, у диода температурный дрейф как раз в ту же сторону, что и у транзистора). Выход DD1 - это логика (по схеме не видно, но по смыслу DD1 должен быть КМОП), т.е. тут либо 5 вольт, либо 0. Значит, это просто +5 вольт в данном контексте. Итак, VT1, R1, VD1, R4 - это банальнейший стабилизатор тока.

Получаем довольно типичную для операционных усилителей схемотехнику: токовое зеркало нагружено на стабилизатор тока. Стабилизатор тока неидеален, он ведет себя как огромный резистор на огромном напряжении (киловольты и мегаомы). Получается большое усиление по напряжению. В целом вся схема вплоть до затвора VT3 - это просто преобразователь ток-напряжение с гигантским коэффициентом преобразования.

Конденсатор C2 тут корректируюзий. Для анализа схемы на него можно вообще не обращать внимания. Явно это сотни пикофарад. Он портит усиление схемы на ВЧ, тем самым предотвращает самовозбуждение. Заодно добавляет какой-то фазовый сдвиг. В общем, это дань диаграмме Боде, чтобы полюсы самовозбужения не возникали. Он препятствует слишком быстрым изменениям напряжения на затворе при переходных процессах, защищает от иголок напряжения на затворе (и от иголок тока в лазере соответственно). В принципе емкость затвора полевика в ту же сторону работает, но, видимо, не хватило.

Все остальное - DD1, VT4 - это скучный выключатель тока.

В общем, для анализа схему можно упростить. Получается: фотодиод - токовое зеркало - стабилизатор тока с плюса - полевик - выход.   В целом - инвертирующий усилитель ток - ток. Рабочая точка задается резистором R1. Схема стремится установить это напряжение равным (светодиод-Uбэ), это определяет ток в зеркале и, соответственно, в фотодиоде. Яркость лазера настраивается под этот ток.

[Jagd]

Спасибо за пояснения. Но остались ещё вопросы, если позволите :)

>>  Такая схема похожа на стабилизатор тока, но настроена на плохой коэффициент стабилизации.
Как понять что в этой схеме VT1 настроен на плохой коэффициент стабилизации? Почему?

Не могли бы вы ещё пояснить о преобразовании тока в напряжение? (Если рассматривать VT1 как резистор с очень большим сопротивлением, то выходит, что всё напряжение падает на нем?). И ещё...
>> токовое зеркало нагружено на стабилизатор тока
Может вопрос совсем глупый (так и совсем зеленый я :) ), но: что на что нагружено? Как это определяется? В ОУ вроде как токовое зеркало повсеместно выступает нагрузкой. Мне как-то понятнее схема, если рассматривать ТЗ как нагрузку для стабилизатора тока...


>> В целом - инвертирующий усилитель ток - ток. Рабочая точка задается резистором R1. Схема стремится установить это напряжение равным (светодиод-Uбэ), это определяет ток в зеркале и, соответственно, в фотодиоде.

Объясните пожалуйста, каким образом тут задается рабочая точка с помощью R1? Вернее, как понять "..Схема стремится установить это напряжение..."? Ток через R1 задается токовым зеркалом (фактически фотодиодом), исходя из этого тока нужно обеспечить потенциал эмиттера = (светодиод-Uбэ), чтоб транзистор был всегда открыт. Правильно понял?

С остальным ясно, там скучные выключатели тока :)

Ещё раз большое спасибо за помощь!

p.s. номинал R1=3кОм, R4=1кОм, С2=0.22мкФ

[Jagd]

А ещё я попытался переделать схему для другого типа включения лазера и фотодиода. Будет ли работать такая схема?
Я правда ещё не рассчитывал её, пока нет полного понимания, как. А рисовал скорее интуитивно

[Gall]

могли бы вы ещё пояснить о преобразовании тока в напряжение? (Если рассматривать VT1 как резистор с очень большим сопротивлением, то выходит, что всё напряжение падает на нем?).

Идея очень простая. Пусть у нас есть входной сигнал в виде тока. У фотодиода ток пропорционален освещенности, так что именно такой входной сигнал у нас и есть. Полевик управляется напряжением. Значит, нам нужна схема, у которой на входе ток, а на выходе напряжение. Такая схема называется "резистор".

Простейший вариант: берем фотодиод, включаем последовательно с резистором. Ток через фотодиод пропорционален освещенности, значит, напряжение на резисторе тоже пропорционально освещенности. Подключаем выход к этому резистору - готово.

Но. Нам надо отслеживать маленькие изменения тока, превращая их в большие изменения напряжения. Как этого достигнуть? Просто: резистор должен быть очень большим. Мегаомы. С таким большим резистором схему оказывается нереально сделать: требуется высокое напряжение питания (сотни вольт и киловольты). Решение: заменить резистор на активную схему, чтобы у нее ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ сопротивление было мегаомы. Такая схема - это стабилизатор тока.

Токовое зеркало в принципе не нужно, достаточно включить фотодиод последовательно со стабилизатором тока. Если ток фотодиода равен току стабилизатора, напряжение на выходе среднее. Если же ток фотодиода чуть меньше или чуть больше тока, на который настроен стабилизатор, напряжение на выходе резко улетает вверх или вниз соответственно, так, как если бы фотодиод был включен последовательно с многомегаомным резистором. Для лучшей линейности (чтобы напряжение на фотодиоде оставалось постоянным независимо от тока) мы использовали повторитель тока - токовое зеркало, вместо того, чтобы подключать в схему прямо сам фотодиод.

Может вопрос совсем глупый (так и совсем зеленый я ), но: что на что нагружено? Как это определяется? В ОУ вроде как токовое зеркало повсеместно выступает нагрузкой. Мне как-то понятнее схема, если рассматривать ТЗ как нагрузку для стабилизатора тока...

Друг на друга. Можно даже поставить два токовых зеркала, сверху p-n-p, снизу n-p-n. На вход нижнего зеркала подать фотодиод, а на вход верхнего просто постоянный ток (от батарейки через резистор). Получится примерно то же самое.

Что происходит. Каждое токовое зеркало стремится установить ток таким, каким оно хочет. Если они оба согласны с одним и тем же током, тогда этот ток и идет, а напряжение на выходе получается какое-то среднее (как установится, так и будет). Если же одно из зеркал старается ток сделать чуть больше, чем другое, тогда оно резко дергает напряжение в свою сторону до упора. Такая схема требует обратной связи, стремящейся, чтобы напряжение было каким-то средним. Тогда обратная связь выровняет токи на входе зеркал.

Это главная в современных ОУ идея получения большого усиления - заставить два источника тока бодаться друг с другом. Какой считать источником, какой нагрузкой, неважно; схема на самом деле симметричная, "кто кого переборет".

Объясните пожалуйста, каким образом тут задается рабочая точка с помощью R1? Вернее, как понять "..Схема стремится установить это напряжение..."? Ток через R1 задается токовым зеркалом (фактически фотодиодом), исходя из этого тока нужно обеспечить потенциал эмиттера = (светодиод-Uбэ), чтоб транзистор был всегда открыт. Правильно понял?

Хитрее. В схеме есть ДВА фактора, устанавливающих ток через R1. Во-первых, токовое зеркало старается задать через него свой ток. Во-вторых, эмиттерный повторитель на VT1 старается задать на нем свое напряжение (т.е. по закону Ома и ток). Поэтому реальный ток через R1 окажется каким-то компромиссом между работой токового зеркала и работой VT1, а расплатой за этот компромисс будет напряжение на коллекторах транзисторов. Если VT1 и VT2 хотят одинаковый ток, тогда они насчет этого напряжения "договорятся". Если же один из них хочет ток меньше, чем другой, тогда выходом из положения будет сделать напряжение между коллектором и эмиттером противника равным нулю, чтобы противник не смог требовать увеличения тока. Поскольку в схеме есть обратная связь через полевик и лазер, схема постарается сделать, чтобы полевик был полуоткрыт, то есть чтобы напряжение было каким-то средним. А достигается это только при равенстве "желаний" VT1 и VT2, то есть когда напряжение, задаваемое эмиттером VT1 на R1, согласуется с током, задаваемым токовым зеркалом.

[Gall]

А ещё я попытался переделать схему для другого типа включения лазера и фотодиода. Будет ли работать такая схема?

Нет. Вернее будет, но очень плохо: фотодиод в таком включении не захочет генерировать ток для зеркала.

[Jagd]

Супер! Спасибо огромное, сильно прояснили картину

Нет. Вернее будет, но очень плохо: фотодиод в таком включении не захочет генерировать ток для зеркала.

А как можно заставить работать вторую схему? Я так понимаю, диод здесь работает не в токовом режиме, а в фотогальваническом, т.е. у него на аноде появляется фотоЭДС. Можно ли включить последовательно резистор скажем в 100-200 Ом между фотодиодом и зеркалом, чтобы задать ток и сильно не переделывать схему? Или мб есть вариант получше?

Вообще, пробежался тут по Sam's Laser FAQ, судя по всему такая схема включения фото- и лазерных диодов не очень популярна. Видимо из-за того что зависимость фотоЭДС от освещенности не линейная, а логарифмическая. Но есть же наверное и плюсы при таком включении?

[Gall]

А как можно заставить работать вторую схему? Я так понимаю, диод здесь работает не в токовом режиме, а в фотогальваническом, т.е. у него на аноде появляется фотоЭДС. Можно ли включить последовательно резистор скажем в 100-200 Ом между фотодиодом и зеркалом, чтобы задать ток и сильно не переделывать схему? Или мб есть вариант получше?

Есть. Самый простой вариант - зеркально отразить исходную схему: поставить p-канальный полевик и p-n-p зеркало. Можно сделать схему на вычитании токов. Нарисую.

Видимо из-за того что зависимость фотоЭДС от освещенности не линейная, а логарифмическая. Но есть же наверное и плюсы при таком включении?

Почти одни минусы. Самый главный из которых - паразитная емкость фотодиода, из-за нее очень медленный отклик (пока он сам себя своим фототоком зарядит, много времени пройдет). Фотодиод следует подключать к нагрузке малого сопротивления, т.е. по току, тогда инерция будет маленькой.

[Gall]

Нет, не нарисую. Не успеваю. Ну ладно. Идея такая: раз у нас общий катод, а двуполярное питание мы делать не хотим, отберем ток для питания фотодиода из самого тока лазера. Про модуляцию пока забудем, потом дорисуем. Возьмем полевик n-канальным и поставим его на землю. К стоку полевика - общий катод лазера и фотодиода, анод лазера на плюс. С анода фотодиода снимаем ток в токовое зеркало. Через резистор в несколько килоом на всякий случай, ведь теперь у нас весь ток фотодиода идет через лазер. Схема с токовым зеркалом на земле и стабилизатором тока на плюсе остается прежней.

Игра идет на том, что в схеме все равно, куда подключен катод фотодиода, при условии, что на нем относительно анода плюс. Напряжение на полевике значительно больше, чем требуется фотодиоду и токовому зеркалу, поэтому мы можем питать фотодиод напряжением сток-исток полевика, управляющего лазером.

Но если есть возможность, проще сделать питание двуполярным.

[Jagd]

Здравствуйте! Прошу прощения, что пропал, делов собралось разных..

Попробовал вот нарисовать схему на вычитании токов, как вы описали. Не могли бы прокомментировать? Надеюсь получилось лучше предыдущей схемы :)

p.s. ой, только забыл резистор между фотодиодом и зеркалом

[Gall]

Да, как-то так должно работать. Надо прогнать в SPICE на предмет переходных процессов при включении, мало ли что.

[vitya007]

Такой вопросик. Есть переменный резистор 3.5-536 Ом как подсоединить еще резистор-ы так, чтобы он колебался 3.5-20 Ом

[Gall]

Что за переменный резистор такой странный, что не от нуля сопротивление?

1. Параллельно с резистором 20.2 Ом, все вместе последовательно с резистором 0.52 Ом.
2. Последовательно с резистором 0.71 Ом, все вместе параллельно с резистором 20.8 Ом.

Обе схемы неприятные, с резисторами меньше ома, так что очень не советую так делать. Лучше подумать, нельзя ли сделать какую-то вообще другую схемотехнику. Такую, чтобы резисторы были около килоома все.

[vitya007]

Что за переменный резистор такой странный, что не от нуля сопротивление?

1. Параллельно с резистором 20.2 Ом, все вместе последовательно с резистором 0.52 Ом.
2. Последовательно с резистором 0.71 Ом, все вместе параллельно с резистором 20.8 Ом.

Обе схемы неприятные, с резисторами меньше ома, так что очень не советую так делать. Лучше подумать, нельзя ли сделать какую-то вообще другую схемотехнику. Такую, чтобы резисторы были около килоома все.

Спасибо, а плавнее можно как-то? а то меня не изменяется и потом резко меняет

Еще скажи пожалуйста. Что из этого взять

SATA
Lite-On iHAS124-19
Lite-On iHAS122-18b
LG GH22NS40
SAMSUNG SH-224BB
Sony NEC Optiarc AD-7260S
Sony NEC Optiarc AD-5260S
ASUS DRW-24B5ST
ASUS DRW-24B3ST