Файл: Блок управления модулятором твердотельного лазера.docx

«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана» (МГТУ им. Н.Э. Баумана)

Факультет РЛКурсовой проектна тему:«Блок управления модулятором твердотельного лазера»Выполнил: Бондаренко П.В. ___________(Подпись)Группа РЛ2-62Преподаватель: Бутенко Д.В. ___________(Подпись)2022 г.

Оглавление

ВведениеВ рамках данного курсового проекта необходимо разработать радиоэлектронное устройство формирования и преобразования электрических сигналов, которые будут использоваться в оптических технологиях, а так де сформировать "пачку" импульсов на выходе из схемы. Схема должна поддерживать определенную амплитуду импульсов на выходе, необходимую для исправной работы модулятора добротности лазера.Так как необходимо некоторое врем, для создания некоторой инверсной населенности в активной среду лазера, формируется строб задержки, который определяется в техническом задании. Строб задержки при выполнении данного задания будет формироваться ждущим мультивибратором.Далее необходимо создать строб работы, который по длительности должен быть равен времени формирования "пачки" импульсов. Он также формируется ждущим мультивибратором.

---

Из строба работы нужно сформировать синусоидальный сигнал, который будет служить основой для "пачки" импульсов. Синусоидальный сигнал должен быть равен по длине времени работы, а период синусоиды равняется единице, деленной на частоту следования импульсов, а количество максимумов синусоиды должно равняться количеству импульсов в "пачке". Синусоида формируется генератором ударного возбуждения.После генератора ударного возбуждения стоит операционный усилитель, который работает как компаратор и формирует на выходе импульсы, соответствующие ТЗ.1. Техническое заданиеВыбрать и обосновать блок схему устройства блока управления. Разработать и рассчитать элементы принципиальной схемы в соответствии с заданием. Выполнить моделирование или макетирование блока.

• 
  Время задержки запуска первого импульса управления, t_з = 125 мкс;
  
• 
  Количество импульсов в серии, шт. – 252
  
• 
  Длительность импульса управления, t_и = 3,3 мкс;
  
• 
  Длительность переднего фронта импульса, не более t_ф = 0,3 мкс;
  
• 
  Длительность заднего фронта импульса, не более t_с = 0,5 мкс;
  
• 
  Амплитуда импульса управления на нагрузке, U_m = 37 В;
  
• 
  Частота следования импульсов управления, ν = 60,6 кГц;
  
• 
  Сопротивление нагрузки, R_н = 2,4 кОм;
  
• 
  Емкость нагрузки, C_н = 50 пФ.
  

2. Структурная схема системы управления модуляторомНа рисунке 1 показан лазер, работающий в режиме модуляции добротности с системой управления зарядом накопительных ёмкостей.Рисунок 1Система управления модулятором:

1. 
   Генератор строба задержки запуска первого импульса модуляции
   
2. 
   Генератор строба работы импульсного модулятора при использовании режима регуляризации пичковой структуры излучения
   
3. 
   Генератор импульсов управления (подмодулятор)
   
4. 
   Согласующий каскад (усилитель, обостритель)
   
5. 
   Усилитель мощности
   
6. 
   Мощный высоковольтный модулятор
   
7. 
   Лазер, состоящий из электрооптического (электромеханического) модулятора добротности
   

Система оптической накачки:

8. 
   Отражатель осветителя
   
9. 
   Активный элемент
   
10. 
    Лампа накачки
    
11. 
    Выходной элемент резонатора
    

---

Система управления зарядом накопительных емкостей:

12. 
    Блок накопительных емкостей и система поджога лампы накачки
    
13. 
    Элемент обратной связи (датчик обратной связи – емкостной или резистивный)
    
14. 
    Пороговое устройство
    
15. 
    Генератор импульсов управления зарядным коммутатором
    
16. 
    Согласующий каскад (усилитель мощности)
    
17. 
    Усилитель мощности (система управления режимом работы коммутатора)
    
18. 
    Коммутатор заряда
    
19. 
    Источник зарядного тока
    

Импульсный режим работы лазера (по накачке) определяет и особенности управления электрооптическим или же другим типом модулятора добротности. Достаточный уровень усиления активной среды достигается через некоторое, вполне определенное время. Поэтому необходимо задержать первый импульс модуляции добротности на время задержки первого импульса модуляции, что осуществляет генератор строба задержки 1. Он может быть построен по схеме ждущего мультивибратора. По этой же схеме может быть построен и генератор строба работы лазера в режиме регуляции пичковой структуры излучения, режиме «пачки» импульсов. Если лазер работает в моноимпульсном режиме, то надобность в генераторе строба работы 2 отпадает. Частота импульсов модуляции задается генератором импульсов управления 3. В качестве генератора импульсов управления может быть использован контур ударного возбуждения, тогда согласующий каскад 3 может быть усилителем – обострителем, или дифференцирующей цепью, или пороговым устройством на основе триггера с эмиттерной связью, преобразующего синусоидальные колебания в колебания прямоугольной формы с последующим дифференцированием этих колебаний согласующим каскадом 4. Усилитель мощности в этом варианте может быть построен по схеме ждущего блокинг-генератора. Его импульсы поступают на вход высоковольтного (или мощного низковольтного) модулятора 6.3. Выбор и обоснование блок-схемы системы управленияСистема управления модулятором добротности состоит из:

1. 
   генератор строба задержки первого импульса;
   
2. 
   генератор строба работы импульса модулятора;
   
3. 
   генератор импульсов управления;
   
4. 
   согласующий каскад;
   
5. 
   усилителя-формирователя импульсов управления;
   
6. 
   усилителя мощности.
   

Блок-схема системы управления модулятором добротности может быть выполнена для синхронного и асинхронного формирования импульсов управления.

---

В случае синхронного формирования импульсы "пачки" жестко привязаны к заданному моменту времени, разброс во времени появления первого импульса отсутствует.В случае асинхронного формирования импульсов разброс во времени появления первого импульса равен периоду следования импульсов. Для выбора блок-схемы сравним допустимое отклонение задержки следования первого импульса и период следования импульсов.В соответствии с ТЗ частота следования импульсов управления: ν = 100 кГц.Период следования импульсов управления определяется по формуле:Время задержки из технического задания: t_з =180мксОтклонение от времени задержки:Отклонение от времени задержки находится в пределах допустимого значения.Исходя из полученного результата, выберем блок-схему с синхронным формированием импульсов управления. То есть операции выполняются последовательно.Окончательная схема управления модулятором состоит из следующих основных узлов:

1. 
   генератора строба задержки первого импульса, построенного по схеме ждущего мультивибратора с эмиттерной связью;
   
2. 
   генератора строба работы, построенного по схеме ждущего мультивибратора с эмиттерной связью;
   
3. 
   генератора синусоидальных импульсов на основе контура ударного возбуждения;
   
4. 
   согласующего каскада на основе триггера Шмитта;
   
5. 
   усилителя - формирователя импульсов управления на основе ждущего мультивибратора с эмиттерной связью.
   

4. Расчет генератора строба задержкиГенератор строба задержки построим по схеме ждущего мультивибратора с эмиттерной связью (рис. 1) Рис. 1Исходя из технического задания, выберем тип транзистора. Т. к. необходимым является формирование импульсов управления положительной полярности, остановимся на транзисторах типа n-p-n, которые обладают лучшими характеристиками по сравнению с p-n-p типом.Для обеспечения необходимого уровня напряжения на выходе определим напряжение на коллекторе транзистора:Тип транзистора выбираем в соответствии с минимально достижимой длительностью импульса:

---

И длительностью фронтов импульсов коллекторного напряжения:Выберем высокочастотный транзистор КТ630А (схему см. рис. 2)С параметрами: ; ; ; ; ;Величина сопротивления коллектора транзистора VT2 – , исходя из данных о нагрузке: Задаем: Амплитуда импульса коллекторного тока транзистора VT2:Сопротивление эмиттера транзистора VT2:Задаем: Сопротивление коллектора VT1:Задаем: Время задающее сопротивление для коэффициента глубины насыщения рассчитывается, исходя из условия насыщения второго транзистора в исходном состоянии:Задаем: Время запаздывающая емкость C:Задаем: Сопротивление делителя:Назначим .Назначим

---