Размещено на http://www.allbest.ru/

§1. Техническое задание

Спроектировать систему управления модулятором добротности лазера с импульсной модуляцией добротности.

Параметры выходных импульсов:

§2. Выбор и обоснование блок-схемы системы управления

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

· генератора строба задержки первого импульса;

· генератора строба работы импульсного модулятора при использовании режима регуляризации пичковой структуры излучения;

· генератора импульсов управления (подмодулятора);

· согласующего каскада (усилитель, обостритель);

· усилителя мощности;

· собственно лазера.

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 определённое время. Поэтому необходимо задержать первый импульс модуляции добротности на время задержки запуска первого импульса модуляции добротности, что осуществляет генератор строба задержки. Он может быть построен по схеме ждущего мультивибратора. По этой же схеме может быть построен и генератор строба работы.

А. Импульс запуска накачки

Б. Строб задержки первого импульса модуляции добротности

В. Строб работы в режиме «пачки» импульсов

Г. Импульсы модуляции

Временные диаграммы работы лазера в режиме пачки импульсов

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

Запуск второго мультивибратора (Рис. 4.1.) 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.

Рис. 4.1.

Исходные данные для расчёта схемы ждущего мультивибратора

Определяем параметры схемы.

1. Коллекторное напряжение определяется из условия, что

.

Выбираем .

2. Тип транзистора определяем из следующих условий:

А. .

Б. условие минимальной длительности импульсов:

;

.

Выберем транзистор КТ315А

3. Величина сопротивления определяется из следующих условий

;

.

Выберем .

При этом для обеспечения амплитуды выходного импульса коллекторный ток равен:

.

4. Величину сопротивления рассчитываем так:

.

Выберем .

5. Сопротивление равно:

.

Выбираем .

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

.

Принимаем .

7. Времязадающую ёмкость определяем для , так как :

.

Выбираем .

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

.

Выбираем .

.

Выбираем .

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

.

10. Уточнение величины амплитуды напряжения:

.

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

, , , , , , .

§5. Расчёт первого транзисторного ключа

В исходном состоянии транзистор находится в режиме отсечки под действием входного запирающего напряжения. При поступлении на вход в момент времени t=t1 перепада отпирающего напряжения эмиттерный переход транзистора смещается в прямом направлении, а базовый ток(и эммитерный) скачкообразно достигает значения. Коллекторный ток в соответствии с переходной характеристикой транзистора будет нарастать.

Эмиттерный, коллекторный, базовый токи и междуэлектродные напряжения остаются практически неизменными. В области базы происходит накопление избыточного заряда неравновесных носителей. В определенный момент времени на вход системы подается запирающее напряжение. Процесс размыкания ключа состоит из стадии рассасывания избыточного заряда неравновесных носителей и стадии закрывания транзистора. В момент окончания стадии рассасывания транзистор входит в активную область и начинается процесс его закрывания.

Произведем расчет схемы ключа с резистивно-емкостной связью. Ключ нагружен на сопротивление R и емкость C. Управление ключом осуществляется отрицательными импульсами от источника с выходным сопротивлением R. В результате расчета должны быть определены величины элементов связи R,R,С, Eб, а также время отключения и выключения ключа.

Параметры цепи связи нужно выбрать так, чтобы удовлетворялись условия работоспособности ключва. Ключ должен быть разомкнут при низком уровне управляющего напряжения и замкнут при высоком.

Рис. 5.1.

§6. Расчет автоколебательного мультивибратора

Рис. 6.1.

Мультивибраторы с коллекторно-базовыми связями широко применяются в импульсных устройствах как генераторы импульсов почти прямоугольной формы.

Полный цикл автоколебательного процесса в мультивибраторе состоит из двух полупериодов колебаний. В симметричном мультивибраторе длительности полупериодов одинаковы. Длительность каждого полупериода определяется временем разряда конденсатора, включенного в цепь базы закрытого транзистора. Разряда конденсатора осуществляется через открытый транзистор, режим которого выбирают со степенью насыщения s=1.2-2.При таком режиме обеспечивается хорошая форму и стабильность амплитуды импульсов и не наблюдается срыва колебаний.

Уменьшение величины сопротивлений Rб при заданной степени насыщения транзисторов приводит к уменьшению величины коллекторных сопротивлений Rк, следовательно, к повышению потребляемой мультивибратором мощности.

Схема мультивибратора имеет свойства автоколебательной системы с жестким режимом возникновения колебаний. Это означает, что в схеме возможно статической равновесное состояние, при котором оба транзистора находятся в насыщении, и для перевода системы в режим релаксационных колебаний необходим внешний пусковой импульс.

Существенным недостатком схемы мультивибратора является большая длительность отрицательных фронтов коллекторного напряжения, в связи с протеканием через коллекторные сопротивления зарядных токов.

§7. Расчёт второго транзисторного ключа