Полупроводниковые лазеры > Раздел для новичков
Определение типа лазерного диода по экспериментальным ВАХ
killatest:
Некоторое время назад я, в числе многих других, поддался магии звучания слов «ЧПУ», «лазер», «ардуино» и, не устояв перед искушением, стал обладателем некоего китайского девайса, который должен был воплотить мои творческие замыслы в виде подпалин на фанере. Это уже потом, получив вместо творческих мук вполне ощутимый гемор, я стал подробнее разбираться в вопросе и понял всю глубину своей наивности на том этапе. Но, что имеем – то имеем. Речь не об этом.
Так уж случилось, что мой первый лазерный модуль умер. Сгорел драйвер, перестал гореть лазерный диод. Печаль и уныние. Все-таки, лазерный модуль стоит приличного количества денег. Если с драйвером все было понятно – громкий щелчок и испорченный воздух не оставлял сомнений в том, что он сгорел, то произошедшее с лазерным диодом вызвало недоумение. Купив все у техже китайцев новый драйвер (правда теперь проверенной модели) и подключив его, увидел непонятное. Диод ток кушал, но не светил совсем. Я даже здесь на форуме, да и на других площадках тоже, интересовался что бы это могло значить. Однозначного ответа не нашлось.
Представьте мое удивление, когда недавно я его подключил к другому драйверу (надежда на авось неистребима) и он заработал! Потрясающе! Единственно, что я сделал за это время – это разобрал нафиг модуль, причем абсолютно бесцеремонно, вытащил диод на свет божий, лапал грязными руками, разглядывал его чрево, оттер его от пасты чтобы хоть какие-то опознавательные знаки на нем найти. И вот так вот он у меня валялся некоторое время. И тут – сюрприз! Да еще и такой приятный.
Вся эта моя история явилась предпосылкой к тому, о чем я решил написать ниже.
Побродив по разным форумам и иным площадкам, где страждущий народ обсуждает темы лазерных чпу-станков, я заметил, что одним из очень часто обсуждаемых вопросов является реальная мощность лазерных модулей. Даже возникло понятие «китайский Ватт». Производители порой просто от балды пишут мощность своих лазеров, а народ потом пытается разобраться, что он на самом деле купил. Вопрос усугубляется тем, что ни один из китайских продавцов никогда не указывает тип лазерного диода, который установлен в его модуле.
Чаще всего встречается два варианта.
1. В модуле установлен маломощный ЛД, но заявлена большая мощность, которой, естественно, нет.
2. В модуле установлен маломощный диод, но он работает на сверхнормативных токах, выдает приемлемую мощность, но живет недолго.
Варианта, что на модуле указано «5,5 Вт» и там реально 5,5Вт, в природе не наблюдается.
Итак, в первом варианте нас просто обманули. Во втором варианте нас тоже обманули, но так чтобы мы поверили, но в результате вообще остались ни с чем.
Итого вопроса на повестке два – какова мощность нашего лазера и какой тип ЛД установлен в нашем модуле.
Мощность лазера можно приблизительно оценить, зная ток, потребляемый ЛД. Практика показывает, что в большинстве своем в модули устанавливаются ЛД от NICHIA с рабочим напряжением в районе 4,3-4,8В и КПД на уровне до 30%. Поэтому найдя потребляемую мощность и умножив на 0.3 мы может оценить оптическую мощность диода. Ну или сокращая арифметические действия, просто грубо умножив питающий ток диода в амперах на 1,3 мы получим ориентировочную оптическую мощность нашего диода в Ваттах. То есть, если питающий ток 1А, то вероятно мощность находится на уровне 1,3Вт. При токе 2А, можно говорить о 2,5Вт. Это достаточно справедливо, если ЛД работает на типовых значениях токов.
Конечно, есть специальные приборы для измерения мощности лазерного излучения. Но, как говорят в сообществе, стоят они порядка 1000 американских рублей и конечно для разового замера никто их покупать не станет.
Но даже если мы оценили мощность нашего ЛД, остается вопрос в каком режиме он работает – в нормативном или ему ток задрали и он проживет совсем немножко?
Собственно, вернемся к истории счастливого воскрешения моего диода. Прям, как в стишке про зайчика: «принесли его домой, оказался он живой» Вот только что мне с ним теперь делать? Ну, то есть понятно, что собрать снова модуль, вот только какой ток ему дать, чтобы снова не убить? Нужно как-то узнать тип диода. Но как?
В связи с этим зародилась идея использовать для этого вольт-амперные характеристики различных диодов для того, чтобы по тестовым измерениям режимов питания можно было сопоставить их с одной из ВАХ. К сожалению, если даташиты еще кое-как раскопать можно, то ВАХ на ЛД я найти не смог.
Ладно. Мы будем использовать экспериментальные ВАХ. Где мы из возьмем? У дружище Джордана с известного буржуйского лазерного форума. Он занимается продажей диодов на амазоне и ибее под ником DTR, делает реальные замеры мощности диодов и у него есть канал на ютубе. Уверен, что все интересующиеся лазерными диодами знают, о ком идет речь.
killatest:
Итак, я прошелся по его ресурсам, забил в таблицы данные и построил на основе его экспериментальных данных ВАХ различных диодов. Что и представляю достопочтенной публике. На диаграмме показаны ВАХ основных типов мощных 9мм диодов.
1,4W NDB7675
1,6W NDB7875 (NDB7775)
3,5W NDB7A75
4,3W NUBM08
4,8W NUBM44
К сожалению, Джордан не удосужился снять замеры для диодов NUBM 05, 0,6 и 07 поэтому они на диаграмме отсутствуют. Это, конечно, жаль. Существуют еще два мощных диода – это N450 и N465. Замеры по ним есть. Но они очень близко ложатся по точкам NUBM44, причем второй имеет излучение 465нм, то есть голубой. Я их не стал приводить на диаграмме.
Теперь можно, сделав замеры питающего тока и напряжения и найдя на диаграмме какой именно кривой соответствует эта точка, определить тип используемого диода. Для точности желательно сделать хотя бы два замера при разных токах.
Я для своего диода сделал 2 замера. Получил пары значений: 1А - 3,70В и 1,5А – 3,88В. Первая точка попадает где-то посередине между NUBM08 и NUBM44. Вторая точка попадает аккурат на NUBM44. Ого! Не думал, что у меня такой крутой диод!
Как вы понимаете, представленные диаграммы - это результат интерполяции данных. То есть абсолютно точных попаданий в линию ожидать не нужно. Более того, известно, что экземпляры ЛД имеют достаточно большой разброс по характеристикам. Это тоже учитывайте. Но в моем случае попадание оказалось весьма наглядным.
На каждой кривой находятся два маркера. Черный – это типовое значение тока по даташиту, для которого установлено паспортное значение мощности диода. Красный – это максимально допустимый ток диода по даташиту. Теперь вы можете наглядно посмотреть какие диоды до каких токов можно «разгонять». Это для тех, кто захочет выжать из своего подопечного максимум.
Что нужно знать о «разгоне»? Главное – это сокращение срока жизни диода с высокой вероятностью его просто убить в процессе.
Наткнулся я как-то на обсуждение времени жизни ЛД на одном, ныне заброшенном форуме. Вот ссылка http://lasers.fonarevka.ru/showthread.php?t=172
Согласно изложенным подходам время жизни диодов при превышении номинального тока стремительно, по экспоненте, уменьшается. Дерну оттуда график для наглядности.
Хорошо видно, что «раскачав» наш NUBM44 с номинальных 3А до 4А, мы уменьшили срок его жизни в 15 раз!
Или другой пример. Есть модуль с NDB7775 (китаец раскололся и признался, что поставил в модуль. Вот что паяльник животворящий делает! ). Нормальный ток для него 1,2А, но реально установлено 1,47А. То есть срок жизни сокращен добрым продавцом раз в 7! Плюс к этому заметьте – сейчас вместо этих диодов идут NDB7875, то есть установленный диод либо из старых запасов, либо, что скорее всего, жутко БэУшный из старого отработанного барахла. Вот и представьте, сколько ему жить осталось.
Стоит учесть, что обсуждение срока жизни ЛД в той статье происходило 7 лет назад и касалось маломощных диодов из DVD. Уверен, что для мощных диодов, учитывая их режимы работы, все обстоит гораздо хуже.
killatest:
На следующей диаграмме показаны экспериментальные ватт-амперные характеристики диодов. Значения черных и красных маркеров тоже, что и раньше – номинальный и максимальный токи. Из диаграммы (и из даташитов) видно, что лазерных диодов мощнее 4,8Вт в природе не существует. Тот же NUBM44 принято в интернет-кругах обозначать как «6W». Но это не нормативный параметр, а завышенный. По даташиту он 4,8Вт.
Изначально мой интересе распространялся на 9мм диоды. Просто потому что у меня был именно таковой. Но раз пошла такая пьянка, посмотрим также ВАХ распространенных 5,6мм диодов. Это диоды M140 type A, M140 type M от NICHIA и PLTB450B от OSRAM.
Для диодов М140 я даташитов не нашел, поэтому номинальных и максимальных токов не знаю.
Мощностные характеристики диодов достаточно близки.
Вот такой подход к определению типа ЛД по параметрам питания наших лазерных диодов. Предлагаю заинтересованным лицам опробовать его на своих «подопечных» и отписаться, насколько он справедлив – что работает, что не работает.
Если кто располагает даташитами на диоды М-140 (М), М-140 (А), N450, N465 при возможности прошу поделиться или дать ссылку.
Если кто увидит данные экспериментальных замеров по NUBM 05, 06, 07 – пишите, дополню диаграмму. На 07 точно был, но картинки с замерами на фотохостинге сейчас не доступны. Но они могли сохраниться где-то на других ресурсах.
Всем удачи!
Gall:
Спасибо! Я в тексте выделил жирным пояснения к графику, а то сам долго их искал, и думаю, что я не одинок.
Вообще можно заметить, что номинальный ток лазера дается производителем просто по его сроку службы. Есть некий запланированный ресурс, производитель пишет ток для этого ресурса, какой уж получился, ну и мощность какая получится. А если дать больше, то лазер стоит так мало, что его никто не захочет покупать.
Прошу обратить внимание: ВАХ нарисованы в нестандартных осях. Обычно по оси ординат рисуют ток. В случае с лазерами такой переворот оправдан, но, пожалуйста, будьте внимательны и не удивляйтесь отличию кривой от классической экспоненты диода. Она не отличается, она просто нарисована на боку.
По уму надо бы переснять ВАХ для разных экземпляров диодов. Наверняка они отличаются. Нормальную статистическую обработку результатов сделать, на коэффициент Стьюдента помножить, погрешность указать.
killatest:
--- Цитата: Gall от 14 Июль 2017, 15:01:46 ---Я в тексте выделил жирным пояснения к графику, а то сам долго их искал, и думаю, что я не одинок.
.......................
По уму надо бы переснять ВАХ для разных экземпляров диодов.
--- Конец цитаты ---
Спасибо! Каюсь, текста много, постараюсь исправиться.
По ВАХ разных диодов - это было бы просто отлично, да где ж их взять-то? Повезло, что Джордан занимается тем, чем занимается.
Кстати, забыл в тексте написать, что мой NDB7775 (он же NDB7875) при напряжении 4,71В имеет ток 1,47А, что тоже неплохо легло на кривую.
Навигация
[0] Главная страница сообщений