激光二极管(以下称LD)即使采用恒流驱动,其光输出功率也会随温度变化而发生大的变动,因此必须监视它的光输出,利用反馈环路来控制驱动电流,这即是自动输出控制APC(AutomatICPowerControl)电路。
以日产HL6312G的LD为例,驱动电流50mA.在25C时有3mW的输出。若温度升高至50qC,则50mA电流还达不到LD的门限值,根本不能发光:但若温度低至O℃,则输出功率可超过5mW,可能会损坏LD。对这款LD.若保持输出功率3mW不变,则在温度从O℃变化至50c时,驱动电流的变化在40mA至70mA之间。这就是APC电路的作用。
APC电路中的光输出检测,利用了与LD封装在一起的光电二极管(以下称PD)。在LD工作时,PD中流过与光输出成正比的检测电流Im;而PD自身的温度特性良好,温度的变化对Irn的大小影响甚微。
APC电路参数设计步骤如下:
1.确定激光二极管
这里就选用HL6312G,其光输出4mW,电源电压3.3V,工作温度范围O℃—50℃。电气特性见附表。
APC电路采用简单的电路,如上图。
●检测电流光输出5mW时规定的检测电流为0.2mA—0.8mA.则4mW光输出时,检测电流为4/5倍,即0.16mA—0.64mA。
LD工作电流在5mW光输出时是从标准的55mA到最大85mA.则在4mW光输出时,工作电流也减少至4/5倍。
●工作温度范围,产品手册中的工作温度范围是O℃—50℃,在25℃时工作电流的最大值为85mA;而25℃和50℃的工作电流相差20mA,加上这20mA,最大工作电流达105mA。
2.基准电压和负荷电阻的确定
基准电压Vref的大小不是很严格.可先取电源电压的一半,即1.65V.若不匹配可再变更。
PD的负荷电阻由半可变电阻VRI和R5串联构成.VR1的值由检测电流的最小值确定,而R5的值由检测电流的最大值确定。
4mW光输出时,检测电流的最大值为0.64mA,则R5=Vref/Im(max)=1.65V/0.64mA=2.57kΩ.取标称值2.2kΩ。
最小值为0.16mA,则VRl=VreUlm(min)-R5=1.65V/0.16mA-2.2kΩ=8.lkΩ,选取lOkΩ的半可变电阻。
3.运放和晶体三极管的选择
根据驱动脉冲的频率来决定,如果是用高速脉冲驱动,就不宜选用低频的运放和晶体管。考虑到在高温时LD的电流可能达到lOOmA.为了给晶体管基极提供接近电源电压的的驱动电压,要采用满摆幅的运放。上图电路为连续驱动。
4.保证电路稳定的电容器
为防止运放产生振荡,需加入电容CI.其容量取决于PD的结电容;如果不采用脉冲驱动的话,容量可取大一点以求稳定。电容C2用于防止浪涌电流对LD的冲击,在不是脉冲驱动时可以取大点容量的电容,但若是高速脉冲驱动,就不能加入C2.而应采取另外的保护措施。
5.基极电流限流电阻
电阻R3是防止基极电流过大和电路振荡而设;R4则为降低增益而使电路稳定工作。当发生晶体管的集、射极短路时.R4还可限制流过LD的电流。
若R3取值偏大,则高温时由于晶体管hFE的变化,可使基极电流偏小;但R3过小,在温度特别低时又会引起电路振荡。R3-般取值IkΩ_lOkΩ。
必要的基极电流由下式求得:
Iop(max)=105mA。此时根据运放的最大输出电压可求出R3的值:
若R4过大,电流增大时产生的压降将使晶体管的VCE降低,发射极电压升高,结果是需要提高运放的输出电压。R4一般取值几欧姆.几十欧姆。例如取4.7Ω时:
管已工作在饱和区域。一般希望VcE不低于o.5v,这种情况下,本例可以取消R4。
下图是使用DL-3147激光二极管的APC电路。运放为单电源满摆幅输出的MCP6281.晶体管2SA1162.最大集电极电流达150mA。与上图中的HL6312G不同.DL-3147是共阴极激光二极管,其PD因不能反偏置而只能用较小值的负荷电阻;最大光输出7mW,电路设定为5mW。