大功率半导体激光器恒流源设计

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数控恒流源的设计与制作最终版

编号毕业设计（2013 届本科）题目：数控恒流源的设计与制作学院：物理与机电工程学院专业：电子信息科学与技术作者姓名：指导教师：职称：完成日期：2013 年月日二〇一三年六月

目录河西学院本科生毕业论文（设计）诚信声明 (1) 河西学院本科生毕业论文（设计）开题报告 (2) 摘要 (5) Abstract (5) 1 绪论 (6) 1.1恒流源的意义及研究价值 (6) 1.2恒流源的发展历程 (6) 1.2.1 电真空器件恒流源的诞生 (6) 1.2.2 晶体管恒流源的产生和分类 (6) 1.2.3 集成电路恒流源的出现和种类 (6) 1.3数控恒流源的研究现状和发展趋势 (7) 2 系统设计 (8) 2.1设计要求 (8) 2.1.1 题目要求 (8) 2.2 总体设计方案 (8) 2.2.1 设计思路 (8) 2.2.2 方案论证与比较 (8) 2.2.3 系统组成 (11) 3 单元电路设计 (11) 3.1 单片机控制电路 (11) 3.2 A/D接口电路 (12) 3.3 D/A接口电路 (13) 3.4 恒流源电路 (13) 3.5 LCD显示电路 (14) 3.6 系统电源电路 (15) 4 软件设计 (16) 4.1主程序 (16) 4.2时基中断服务子程序 (17) 4.3 A/D转换程序 (18) 5 系统的抗干扰设计 (18) 5.1 硬件抗干扰设计 (18) 5.2 软件抗干扰设计 (18) 6 系统测试 (19) 6.1 数控恒流源实物图 (19) 6.2 测试使用的仪器 (19) 6.3 测试方法 (19) 6.4 测试数据及结果分析 (19) 7 结束语 (22) 参考文献 (23) 致谢 (24) 附录 (25) 河西学院本科生毕业论文（设计）题目审批表 (32)

44瓦超高功率808nm半导体激光器设计和制作

44瓦超高功率808 nm半导体激光器设计与制作仇伯仓，胡海，何晋国深圳清华大学研究院深圳瑞波光电子有限公司 1. 引言半导体激光器采用III-V化合物为其有源介质，通常通过电注入，在有源区通过电子与空穴复合将注入的电能量转换为光子能量。与固态或气体激光相比，半导体激光具有十分显著的特点：1）能量转换效率高，比如典型的808 nm高功率激光的最高电光转换效率可以高达65%以上 [1]，与之成为鲜明对照的是，CO2气体激光的能量转换效率仅有10%，而采用传统灯光泵浦的固态激光的能量转换效率更低, 只有1%左右；2）体积小。一个出射功率超过10 W 的半导体激光芯片尺寸大约为0.3 mm3, 而一台固态激光更有可能占据实验室的整整一张工作台；3）可靠性高，平均寿命估计可以长达数十万小时[2]；4）价格低廉。半导体激光也同样遵从集成电路工业中的摩尔定律，即性能指标随时间以指数上升的趋势改善，而价格则随时间以指数形式下降。正是因为半导体激光的上述优点，使其愈来愈广泛地应用到国计民生的各个方面，诸如工业应用、信息技术、激光显示、激光医疗以及科学研究与国防应用。随着激光芯片性能的不断提高与其价格的持续下降，以808 nm 以及9xx nm为代表的高功率激光器件已经成为激光加工系统的最核心的关键部件。高功率激光芯片有若干重要技术指标，包括能量转换效率以及器件运行可靠性等。器件的能量转换效率主要取决于芯片的外延结构与器件结构设计，而运行可靠性主要与芯片的腔面处理工艺有关。本文首先简要综述高功率激光的设计思想以及腔面处理方法，随后展示深圳清华大学研究院和深圳瑞波光电子有限公司在研发808nm高功率单管激光芯片方面所取得的主要进展。 2.高功率激光结构设计图1. 半导体激光外延结构示意图

(数控加工)数控恒流源系统设计

（数控加工）数控恒流源系统设计

毕业设计题目: 学院名称：班级：学生姓名：学号：指导教师：教师职称：

20 年06月13

一：概述 1.1选题背景和意义电源为保障系统的安全性与稳定性都起到有至关重要的作用，本篇我们主要研究恒流源。而恒流电源由于它体积特别小、损耗相对低、而效率较高、还有它简洁的电路都比较受欢迎，在我们平时用的计算机设备、通信设备，仪器仪表上面，还有航空航天上面通信设备等都需要恒流源系统。近年来电子信息的产业是发展相当快的，恒流电源也更多的被运用到我们生活中，因此，对恒流电源的研究就显得更有意义以及价值。数控恒流源技术是一种对实践性要求很高的工程技术，它存在与各个行业中，我们在日常会经常看到。电源技术还和电气电子、控制理论等一些其它科学领域相互交叉融合，促进了现在信息技术和电源技术的发展。这也预示着在系统上面对电源技术的要求更高。普通的电源系统在工作时候容易产生误差，这样会对整个系统的精确度产生影响，更严重的是会带来很多严重的后果。世界各国为了解决这个问题便对电源产品制定了不同要求和一系列产品精度标准，只要达到要求达到标准后才可以进入市场。经济全球化的发展让电源产品流通更加方便，但是必须满足国际标准才可以有通行证。数控电源发展的比较晚，从八十年代才开始，那个时候电力电子的理论就开始建立。电力电子理论为今后的电源产品的发展奠定了很好的理论基础，随之，数控电流源技术得到了快速蓬勃的发展。但是市场上的很多产品还是输出精度低，带负载能力较差，体积相对大等缺点。当然这也给了数控电流源的发展指明方向就是不断完善上面的缺点不足。数控直流电流源对精度的要求会越来越高。单片机，新的控制理论，这些都为精确数控电源的发展提供基础。从组成上，数控电流源分为器件、主电路和控制电路三部分。

大功率半导体激光器件最新发展现状分析

大功率半导体激光器件最新发展现状分析 1 引言半导体激光器由于具有体积小、重量轻、效率高等众多优点，诞生伊始一直是激光领域的关注焦点，广泛应用于工业、军事、医疗、通信等众多领域。但是由于自身量子阱波导结构的限制，半导体激光器的输出光束质量与固体激光器、CO2激光器等传统激光器相比较差，阻碍了其应用领域的拓展。近年来，随着半导体材料外延生长技术、半导体激光波导结构优化技术、腔面钝化技术、高稳定性封装技术、高效散热技术的飞速发展，特别是在直接半导体激光工业加工应用以及大功率光纤激光器抽运需求的推动下，具有大功率、高光束质量的半导体激光器飞速发展，为获得高质量、高性能的直接半导体激光加工设备以及高性能大功率光纤激光抽运源提供了光源基础。 2 大功率半导体激光器件最新进展作为半导体激光系统集成的基本单元，不同结构与种类的半导体激光器件的性能提升直接推动了半导体激光器系统的发展，其中最为主要的是半导体激光器件输出光束发散角的降低以及输出功率的不断增加。 2.1 大功率半导体激光器件远场发散角控制根据光束质量的定义，以激光光束的光参数乘积（BPP）作为光束质量的衡量指标，激光光束的远场发散角与BPP成正比，因此半导体激光器高功率输出条件下远场发散角控制直接决定器件的光束质量。从整体上看，半导体激光器波导结构导致其远场光束严重不对称。快轴方向可认为是基模输出，光束质量好，但发散角大，快轴发散角的压缩可有效降低快轴准直镜的孔径要求。慢轴方向为多模输出，光束质量差，该方向发散角的减小直接提高器件光束质量，是高光束半导体激光器研究领域关注的焦点。在快轴发散角控制方面，如何兼顾快轴发散角和电光效率的问题一直是该领域研究热点，尽管多家研究机构相续获得快轴发散角仅为3o，甚至1o的器件，但是基于功率、光电效率及制备成本考虑，短期内难以推广实用。2010年初，德国费迪南德-伯恩研究所(Ferdinand-Braun-Inst itu te)的P. Crump等通过采用大光腔、低限制因子的方法获得了30o快轴发散角（95%能量范围），光电转换效率为55%，基本达到实用化器件标准。而目前商用高功率半导体激光器件的快轴发散角也由原来的80o左右（95%能量范围）降低到50o以下，大幅度降低了对快轴准直镜的数值孔径要求。在慢轴发散角控制方面，最近研究表明，除器件自身结构外，驱动电流密度与热效应共同影响半导体激光器慢轴发散角的大小，即长腔长单元器件的慢轴发散角最易控制，而在阵列器件中，随着填充因子的增大，发光单元之间热串扰的加剧会导致慢轴发散角的增大。2009年，瑞士Bookham公司制备获得的5 mm腔长，9XX nm波段10 W商用器件，成功将慢轴发散角（95%能量范围）由原来的10o～12o降低到7o左右；同年，德国Osram公司、美国相干公司制备阵列器件慢轴发散角（95%能量范围）也达7o水平。 2.2 半导体激光标准厘米阵列发展现状标准厘米阵列是为了获得高功率输出而在慢轴方向尺度为1 cm的衬底上横向并联集成多个半导体激光单元器件而获得的半导体激光器件，长期以来一直是大功率半导体激光器中最常用的高功率器件形式。伴随着高质量、低缺陷半导体材料外延生长技术及腔面钝化技术的提高，现有CM Bar的腔长由原来的0.6～1.0 mm增大到2.0～5.0mm，使得CM Bar输出功率大幅度提高。2008年初，美国光谱物理公司Hanxuan Li等制备的5 mm腔长，填充因子为83%的半导体激光阵列，利用双面微通道热沉冷却，在中心波长分别为808 nm，940 nm，980 nm处获得800 W/bar，1010W/bar，950 W/bar的当前实验室最高CM Bar连续功率输出水平。此外，德国的JENOPTIK公司、瑞士的Oclaro公司等多家半导体激光供应商也相续制备获得千瓦级半导体激光阵列，其中Oclaro公司的J. Müller等更是明确指出，在现有技术

几种简单恒流源电路1

几种简单的恒流源电路恒流电路应用的范围很广，下面介绍几种由常用集成块组成的恒流电路。 1.由7805组成的恒流电路，电路图如下图1所示：电流I＝Ig＋VOUT/R，Ig的电流相对于Io是不能忽略的，且随Vout，Vin及环境温度的变化而变化，所以这个电路在精度要求有些高的场合不适用。 2.由LM317组成的恒流电路如图2所示，I＝Iadj＋Vref/R,他的恒流会更好，另外他是低压差稳压IC。摘要：本文论述了以凌阳16位单片机为控制核心，实现数控直流电流源功能的方案。设计采用MOSFET和精密运算放大器构成恒流源的主体，配以高精度采样电阻及12位D/A、A/D转换器，完成了单片机对输出电流的实时检测和实时控制，实现了10mA～2000mA范围内步进小于2mA恒定电流输出的功能，保证了纹波电流小于0.2mA，具有较高的精度与稳定性。人机接口采用4×4键盘及LCD液晶显示器，控制界面直观、简洁，具有良好的人机交互性能。关键字：数控电流源 SPCE061A 模数转换数模转换采样电阻一、方案论证根据题目要求，下面对整个系统的方案进行论证。方案一：采用开关电源的恒流源采用开关电源的恒流源电路如图1.1所示。当电源电压降低或负载电阻Rl降低时，采样电阻RS上的电压也将减少，则 SG3524的12、13管脚输出方波的占空比增大，从而BG1导通时间变长，使电压U0回升到原来的稳定值。BG1关断后，储能元件L1、E2、E3、E4保证负载上的电压不变。当输入电源电压增大或负载电阻值增大引起U0增大时，原理与前类似，电路通过反馈系统使U0下降到原来的稳定值，从而达到稳定负载电流Il的目的。图 1.1 采用开关电源的恒流源优点：开关电源的功率器件工作在开关状态，功率损耗小，效率高。与之相配套的散热器体积大大减小，同时脉冲变压器体积比工频变压器小了很多。因此采用开关电源的恒流源具有效率高、体积小、重量轻等优点。缺点：开关电源的控制电路结构复杂，输出纹波较大，在有限的时间内实现比较困难。方案二：采用集成稳压器构成的开关恒流源系统电路构成如图1.2所示。MC7805为三端固定式集成稳压器，调节，可以改变电流的大小，其输出电流为：，式中为MC7805的静态电流，小于10mA。当较小即输出电流较大时，可以忽略，当负载电阻变化时，MC7805改变自身压差来维持通过负载的电流不变。

高功率半导体激光器

光机电信息Ｓｅｐ．２００８钛蓝宝石激光器反射镜新加坡ＥｄｍｏｕｎｄＯｐｔｉｃｓ公司拥有一系列用于超快激光系统的钛蓝宝石激光反射镜。钛蓝宝石激光反射镜可以使激光脉冲保持平坦的群速度色散曲线，中心波长为８００ｎｍ，在７００～９００ｎｍ范围内曲线都可以保持平坦。反射镜的直径在１２．７～２５．４ｍｍ之间，厚度为６．３５ｍｍ，表面质量为１０－５，表面精度为１／１０波长。镜子的强度很高，对于脉冲长度为１５０ｆｓ的激光脉冲或１００ｋＷ／ｃｍ２的连续激光，镜子可以承受高达０．５Ｊ／ｃｍ２的激光能量。对于７３０～９００ｎｍ波长的偏振光ｓ和ｐ偏振光，反射镜都可以做到１００％的有效反射。这些反射镜加工精细，平行度优于５ａｒｃｍｉｎ．，通光口径达到８５％，直径公差为＋０．０／－０．２ｍｍ，厚度公差为±０．２ｍｍ。入射光角度设计为４５°，用于超快激光光束的转向。ｗｗｗ．ｅｄｍｏｕｎｄｏｐｔｉｃｓ．ｃｏｍ高功率半导体激光器德国ＬＩＭＯ公司发布了一种高功率半导体激光器－ＬＩＭＯ５０－Ｌ２８ｘ２８－ＤＬ７９５－ＥＸ４７３。该激光器可以形成２８ｍｍ×２８ｍｍ×８０ｍｍ的均匀光场，输出功率达到了５０Ｗ，中心波长为７９４．８ｎｍ±０．２ｎｍ，波长稳定性极高，光谱宽度只有０．７ｎｍ。该激光器可靠性高，经济实用。采用热电致冷或自来水冷却的方式。结构紧凑的激光头外形尺寸为４４５ｍｍ×１１０ｍｍ×６６ｍｍ，非常适用于便携式测量仪器。ｗｗｗ．ｌｉｍｏ．ｄｅ平顶光束生成器ＳｔｏｃｋｅｒＹａｌｅ公司的平顶光束生成器是一种光束整形模块，它可以把高斯光束转化为聚焦、准直或发散成平顶能量分布的光束，即使经过较长距离也可以保持光束能量和强度的高度均匀。ＳｔｏｃｋｅｒＹａｌｅ公司的平顶光束生成器适用于紫外、可见光以及近红外波段的激光器，易于与ＳｔｏｃｋｅｒＹａｌｅ公司的Ｌａｓｉｒｉｓ或其它类型的激光器相集成。ｗｗｗ．ｓｔｏｃｋｅｒｙａｌｅ．ｃｏｍ４８５ｎｍ皮秒脉冲二极管激光器德国ＰｉｃｏＱｕａｎｔ公司对外发布了其４８５ｎｍ波长的皮秒脉冲二极管激光头。该激光头可应用于生物名企名品ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ＆Ｐｒｏｄｕｃｔｓ６４

半导体激光器驱动电路设计(精)

第9卷第21期 2009年11月1671 1819(2009)21 6532 04 科学技术与工程 ScienceTechnologyandEngineering 2009 Sci Tech Engng 9 No 21 Nov.2009 Vol 通信技术半导体激光器驱动电路设计何成林 (中国空空导弹研究院,洛阳471009) 摘要半导体激光驱动电路是激光引信的重要组成部分。根据半导体激光器特点,指出设计驱动电路时应当注意的问题,并设计了一款低功耗、小体积的驱动电路。通过仿真和试验证明该电路能够满足设计需求,对类似电路设计有很好的借鉴作用。关键词激光引信半导体激光器窄脉冲中图法分类号 TN242; 文献标志码 A 激光引信大部分采用主动探测式引信,主要由发射系统和接收系统组成。发射系统产生一定频率和能量的激光向弹轴周围辐射红外激光能量,而接收系统接收处理探测目标漫反射返回的激光信号,而后通过信号处理系统,最终给出满足最佳引爆输出信号。由此可见,激光引信的探测识别性能很大程度上取决于激光发射系统的总体性能,即发射激光脉冲质量。而光脉冲质量取决于激光器脉冲驱动电路的质量。因此,半导体激光器驱动电路设计是激光引信探测中十分重要的关键技术。图1 驱动电路模型放电,从而达到驱动激光器的目的。由于激光引信为达到一定的探测性能,通常会要求激光脉冲脉宽窄,上升沿快,一般都是十几纳秒甚至几纳秒的时间。因此在选择开关器件时要求器件开关速度快。同时,由于激光器阈值电流、工作电流大 [1] 1 脉冲半导体激光器驱动电路模型分析激光器驱动电路一般由时序产生电路、激励脉冲产生电路、开关器件和充电元件几个部分组成,如图1。图1中,时序产生电路生成驱动所需时序信号,一般为周期信号。脉冲产生电路以时序信号为输入条件。根据其上升或下降沿生成能够打开开关器件的正激励脉冲或负激励脉冲。开关器件大体有三种选择:双极型高频大功率晶体管、晶体闸流管电路和场效应管。当激励脉冲到来时,开关器件导通,

数控恒流源设计报告加程序(doc 37页)

数控恒流源设计报告背景数控恒流源是单片机运用数字控制技术控制恒流源的一种设计方案。当前，数字化数控恒流源的应用，随着电子技术的发展使用范围越来越广，在电子测量仪器、激光、传感技术、超导、现代通信等高新技术领域，恒流源都被广泛应用，且发展前景较为良好。同时，也不仅局限于此。电子领域，数控恒压技术已经很成熟，但是恒流方面特别是数控恒流的技术是有待发展，高性能的数控

设计方案本设计本设计是基于单片机控制的直流恒流源, 分为以下几个组成部分: 单片机控制系统、A/D和D/A转换模块、电源模块、恒流源模块、负载及键盘液晶显示模块, 系统框图如图所示。系统框图用430单片机作为整机的控制单元，通过改变Ｄ/A转换器的输入数字量来改变输出电压值，从而间接地改变压控恒流源的输出电流大小。为了能够使系统具备检测实际输出电流值的大小，可以将电流转换成电压，并经过A/D 转换器进行模数转换，用单片机实时对电压进

行采样，与输入预期值比较，并通过430单片机进行进行数据处理微调输出，提高精度实时显示。第一章恒流电路数控直流电流源可以采用电流输出型D/A转换器来实现，单由于其输出电流的幅值一般在uA 数量级，因此需要进行电流放大若干倍才能达到所需要的要求电流值，电路实现很困难。若选择电压输出型DAC，再通过V-I转换电路变成与之成比例的电流信号，则电路实现相对简单，因此设计直流电源时常采用该种方案实现，在这种方案中，V/I转换电路设计是关键。通常的V/I 转换有两种方式，一种是负载共地的方式，一种是负载共电源的方式。我们选用的是负载共地的方式，因为有很多电路负载在连接的时候需要进行共地。

大功率半导体激光器的发展介绍

大功率半导体激光器的发展介绍激光打标机、激光切割机、激光焊接机等等激光设备中激光器起着举足轻重的地位，在激光器的发展历程中，半导体激光器的发展尤为重要，材料加工用激光器主要要满足高功率和高光束质量，所以为了提高大功率半导体激光器的输出功率，可以将十几个或几十个单管激光器芯片集成封装、形成激光器巴条，将多个巴条堆叠起来可形成激光器二维叠阵，激光器叠阵的光功率可以达到千瓦级甚至更高。但是随着半导体激光器条数的增加，其光束质量将会下降。

另外，半导体激光器结构的特殊性决定了其快、慢轴光束质量不一致：快轴的光束质量接近衍射极限，而慢轴的光束质量却比较差，这使得半导体激光器在工业应用中受到了很大的限制。要实现高质量、宽范围的激光加工，激光器必须同时满足高功率和高光束质

量。因此，现在发达国家均将研究开发新型高功率、高光束质量的大功率半导体激光器作为一个重要研究方向，以满足要求更高激光功率密度的激光材料加工应用的需求。大功率半导体激光器的关键技术包括半导体激光芯片外延生长技术、半导体激光芯片的封装和光学准直、激光光束整形技术和激光器集成技术。（1）半导体激光芯片外延生长技术大功率半导体激光器的发展与其外延芯片结构的研究设计紧密相关。近年来，美、德等国家在此方面投入巨大，并取得了重大进展，处于世界领先地位。首先，应变量子阱结构的采用，提高了大功率半导体激光器的光电性能，降低了器件的阈值电流密度，并扩展了GaAs基材料系的发射波长覆盖范围。其次，采用无铝有源区提高了激光芯片端面光学灾变损伤光功率密度，从而提高了器件的输出功率，并增加了器件的使用寿命。再者，采用宽波导大光腔结构增加了光束近场模式的尺寸，减小了输出光功率密度，从而增加了输出功率，并延长了器件寿命。目前，商品化的半导体激光芯片的电光转换效率已达到60%，实验室中的电光转换效率已超过70%，预计在不久的将来，半导体激光器芯片的电光转换效率能达到85%以上。（2）半导体激光芯片的封装和光学准直激光芯片的冷却和封装是制造大功率半导体激光器的重要环节，由于大功率半导体激光器的输出功率高、发光面积小，其工作时产生的热量密度很高，这对芯片的封装结构和工艺提出了更高要求。目前，国际上多采用铜热沉、主动冷却方式、硬钎焊技术来实现大功率半导体激光器阵列的封装，根据封装结构的不同，又可分为微通道热沉封装和传导热沉封装。

6种最常用恒流源电路的分析与比较

恒流电路有很多场合不仅需要场合输出阻抗为零的恒流源，也需要输入阻抗为无限大的恒流源，以下是几种单极性恒流电路：类型1：特征：使用运放，高精度输出电流：Iout=Vref/Rs

类型2：特征：使用并联稳压器，简单且高精度输出电流：Iout=Vref/Rs 检测电压：根据Vref不同（1.25V或2.5V）类型3：特征：使用晶体管，简单，低精度输出电流：Iout=Vbe/Rs 检测电压：约0.6V

类型4：特征：减少类型3的Vbe的温度变化，低、中等精度，低电压检测输出电流：Iout=Vref/Rs 检测电压：约0.1V～0.6V

类型5：特征：使用JEFT，超低噪声输出电流：由JEFT决定检测电压：与JEFT有关其中类型1为基本电路，工作时，输入电压Vref与输出电流成比例的检测电压 Vs(Vs=Rs×Iout)相等，如图5所示，图5 注：Is=IB+Iout=Iout(1+1/h FE)其中1/h FE为误差若输出级使用晶体管则电流检测时会产生基极电流分量这一误差，当这种情况不允许时，可采用图6所示那样采用FET管

图6 Is=Iout-I G 类型2，这是使用运放与Vref（2.5V）一体化的并联稳压器电路，由于这种电路的Vref高达2.5V，所以电源利用范围较窄类型3，这是用晶体管代替运放的电路，由于使用晶体管的Vbe（约0.6V）替代Vref的电路，因此，Vbe的温度变化毫无改变地呈现在输出中，从而的不到期望的精度类型4，这是利用对管补偿Vbe随温度变化的电路，由于检测电压也低于0.1V左右，应此，电源利用范围很宽类型5，这是利用J-FET的电路，改变R gs可使输出电流达到漏极饱和电流I DSS，由于噪声也很小，因此，在噪声成为问题时使用这种电路也有一定价值，在该电路中不接R GS，则电流值变成I DSS，这样，J-FET接成二极管形式就变成了“恒流二极管” 以上电路都是电流吸收型电路，但除了类型2以外，若改变Vref极性与使用的半导体元件，则可以变成电流吐出型电路。

王有康的数控恒流源的设计

数控恒流源的设计姓名：王有康学号：311108001621 指导老师：张新良所在学院：电气工程与自动化学院

目录一. 摘要 (3) 二.任务要求 (4) 三.系统框图 (5) 四.电路设计 (6) 4.1直流稳压电路 (6) 4.2恒流源电路 (7) 4.3主控电路模块 (9) 4.4 AD转换模块 (9) 4.5 DA转换模块 (10) 五. 软件部分 (12) 六.结论 (15) 七.体会及总结 (15) 附录一元件清单 (16) 附录二参考文献 (17)

一、摘要设计利用集成运放、场效应管对电流放大与单片机的自动控制来实现数控直流电流源。系统有控制模块与恒流源模块组成。控制模块使用STC89C51结合按键与1602液晶显示，实现对恒流源的数控和预设值的显示。恒流源模块采用UA741与IRFZ44N组成的反馈放大电路实现对电流的放大。控制到恒流源的信号转换采用DAC0832来实现；实测显示模块有ADC0804组成的显示电路来显示。并使用自制电源进行供电我希望通过这次设计能够学会发现。分析和解决工程实践问题的技能和方法，将所学知识综合应用于工程实践中，培养出严谨的科学态度和一定的实践技能、良好的工程意识。关键词：STC89C51，恒流源，ADC0804，DAC0832，UA741，闭环控制。

二、任务要求设计并制作以DC-DC变换器为核心的数控恒流电源，电路框图如图1所示。图1 电路框图要求：在输入电压U i为15V/DC(波动范围12V~18V)及电阻负载条件下，使电源满足：（1）输出电流I o可调范围：200mA～2000mA；最大输出电压U omax：10V；（2）U i从12V变到18V时，电流调整率S I ≤4%（I o＝1000mA，负载为5Ω的条件下测试）；（3）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，负载调整率S R≤4%（U i=15V， I o＝1000mA，负载在1Ω～5Ω条件下测试）；（4）输出噪声纹波电流≤30mA（U i =15V，U o=10V，I o=2000mA）；（5）整机效率≥70%（U i=15V，U o=10V，I o=2000mA）； (6) 具有输出电流的测量和数字显示功能； (7) 其它；

课程设计半导体激光器

郑州轻工业学院课程设计任务书题目半导体激光器原理及应用专业、班级学号姓名主要内容、基本要求、主要参考资料等：完成期限：指导教师签名：课程负责人签名：年月日

郑州轻工业学院半导体激光器课程设计郑州轻工业学院课程设计说明书题目：半导体激光器原理及应用姓名：王森院（系）：技术物理系专业班级：电子科学与技术09-1 学号：540911010132 指导教师：运高谦成绩：时间：年月日至年月日 I

郑州轻工业学院半导体激光器课程设计摘要本文主要讲的是半导体激光器的发展历史、工作原理及应用。半导体激光器产生激光的机理,即必须建立特定激光能态间的粒子数反转,并有合适的光学谐振腔。由于半导体材料物质结构的特异性和其中电子运动的特殊性,首先产生激光的具体过程有许多特殊之处,其次所产生的激光光束也有独特的优势,使其在社会各方面广泛应用。从同质结到异质结,从信息型到功率型,激光的优越性也愈发明显,光谱范围变宽,相干性增强,可以说是半导体激光器开启了激光应用发展的新纪元。关键词激光技术；半导体激光器；受激辐射；光场 II

郑州轻工业学院半导体激光器课程设计 Abstract This article is mainly about the history of the development of semiconductor lasers, working principle and applications. Semiconductor lasers produce laser mechanism, which must be established between the specific laser energy state population inversion, and a suitable optical resonator. As the physical structure of the semiconductor material in which electron motion specificity and particularity, while the specific process of producing laser has many special features, the other produced by the laser beam has a unique advantage to make it widely used in all sectors of society . From homo-junction to the heterojunction, the power from the information type to type, is also becoming increasingly apparent superiority of the laser, spectral range, coherence enhanced semiconductor lasers opened a new era in the development of laser applications. Keywords: Laser technique；Semiconductor lasers；Stimulated emission；Optical field III

研究基于Proteus的数控恒流源的仿真

基于Proteus的数控恒流源仿真研究 0 引言在测试计量、半导体性能测试等许多工业和科学实验领域都会用到恒流源，研究并设计一款智能化的高精度恒流源具有十分广泛的应用价值。但在一个电子产品研制过程中，必须反复进行设计、试制和调试，而实物试制和调试是一项费时和费力的工作，往往是事倍功半，导致系统开发周期长，成本高。随着大规模集成电路和计算机的迅速发展，计算机仿真技术彻底改变了以往电子系统设计中完全依靠人工进行参数计算、电路实验、实物试制和系统调试的传统设计方法，利用EDA 仿真软件，对已存在的系统或设想中的不同设计方案在计算机上进行仿真分析，同时与实物试制和调试相结合，从而优化元件参数，提高系统性能，最大限度地降低了设计成本，缩短了系统研制周期。Proteus 是一款功能强大的系统设计辅助类EDA仿真软件，采用该软件对数控恒流源进行设计、分析、研究和

实验，可以达到研制和开发实际电子产品的目的。本文研究采用Proteus 仿真软件，利用单片机技术进行数控恒流源开发的方法。 1 系统概述单片机技术的普及使电子产品进入了智能化时代，以单片机为核心的数控恒流源整体设计方案如图1.本系统主要包括矩阵键盘输入模块、数控模块、恒流电路模块、电流采样模块、串口通信模块、PC 监控界面。设计输出电流范围20~ 2 000 mA, 步进2 mA. 图1 数控恒流源系统结构

该系统采用矩阵键盘作为人机接口，从键盘输入设定电流，单片机读取设定值，显示在LCD 上，进行相应的数据处理后，将控制信号送给D/ A, 输出相应的电压值，再通过V/ I 转换将该电压转换为相应的输出电流提供给负载，取样电路将实际输出电流转换为电压通过A/ D 转换和数据处理显示在LCD 上，LCD 上同时显示设定电流值和采样值，以便进行比较以及相应的控制和调试。 2 硬件设计 2. 1 数控部分设计单片机、矩阵键盘和D/ A 转换电路构成典型的数控单元电路，采用10 位的串行D/A 转换芯片TLC5615 进行数模转换。独立按键编程简单，但占用I/ O 口资源，不适合在按键较多的场合应用。本设计中需要用到14 个功能按键，包括0~ 9 共10 个数字键、"取消"、"确认"以及"步进加减"按键，在这种情况下如果用独立按键显然太浪费I/ O口资源，为此我们引入

基于单片机的数控恒流源设计-----硬件设计

2.硬件设计经初步分析设计要求，得出总体电路由以下几部分组成：电源模块，MCU微控制器、键盘、显示模块、D/A转换模块、恒流源模块、数据采集模块，以下就各电路模块给出设计方案。 2.1 MCU控制方案采用单片机作为控制模块核心。单片机最小系统简单，容易制作PCB，算术功能强，软件编程灵活、可以通过ISP方式将程序快速下载到芯片，方便的实现程序的更新，自由度大，较好的发挥C语言的灵活性，可用编程实现各种算法和逻辑控制，同时其具有功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点。利用STC89C52单片机将电流步进值或设定值通过换算由D/A转换，驱动恒流源电路实现电流输出。输出电流经处理电路作A/D转换反馈到单片机系统，通过补偿算法调整电流的输出,以此提高输出的精度和稳定性。 2.4 键盘设计方案单片机输入设备通常有键盘、拨码开关、触摸液晶屏等，也可以采用红外遥控的方法进行输入。鉴于本设计的输入设备主要用于设定电流，采用键盘作为输入设备。单片机常用的键盘有全编码键盘和非编码键盘两种。全编码键盘能由硬件逻辑自动提供与被按键对应的编码，如BCD码键盘、ASCII码键盘等。价格一般较高，故一般单片机应用系统中比较少采用。非白尼玛式键盘分为独立式键盘和矩阵式键盘，在硬件上只提供通、断两种状态，其他工作都靠软件来完成，经济适用，在单片机系统中使用的较多。方案1.独立式键盘独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路。每个独立式按键单独占用一根I/O口线，每根I/O口线的工作状态不会影响其他I/O口线的工作状态，是一种简单的键盘结构。当有任何一个按键按下时，与之相连的输入数据线即被置为逻辑“0”。而平时该数据线上保持为逻辑“1”，单片机程序中只要通过查询与键盘相连的I/O引脚位即可方便地实现按键处理。独立式按键键盘电路配置灵活，硬件结构简单，但每个按键必须占用一个I/O口线，在按键数较多时，I/O 口线浪费较大。对于此次的数控电流源系统的设计，要求键盘能够方便的置入电

半导体激光器的设计

半导体激光器设计半导体激光器产生激光的机理,即必须建立特定激光能态间的粒子数反转，并有光学谐振腔。由于半导体材料物质结构的特异性和其中电子运动的特殊性,一方面产生激光的具体过程有许多特殊之处,另一方面所产生的激光光束也有独特的优势,使其在社会各方面广泛应用。从同质结到异质结,从信息型到功率型,激光的优越性也愈发明显,光谱范围宽, 相干性增强,使半导体激光器开启了激光应用发展的新纪元。 1半导体激光器的工作原理激光产生原理半导体激光器是一种相干辐射光源,要使它能产生激光,必须具备三个基本条件: (1)增益条件:建立起激射媒质(有源区)内载流子的反转分布,在半导体中代表电子能量的是由一系列接近于连续的能级所组成的能带,因此在半导体中要实现粒子数反转,必须在两个能带区域之间,处在高能态导带底的电子数比处在低能态价带顶的空穴数大很多,这靠给同质结或异质结加正向偏压,向有源层内注入必要的载流子来实现。将电子从能量较低的价带激发到能量较高的导带中去。当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时,便产生受激发射作用。 (2)要实际获得相干受激辐射,必须使受激辐射在光学谐振腔内得到多次反馈而形成激光振荡,激光器的谐振腔是由半导体晶体的自

然解理面作为反射镜形成的,通常在不出光的那一端镀上高反多层介质膜,而出光面镀上减反膜.对F—p腔 (法布里一珀罗腔)半导体激光器可以很方便地利用晶体的与P—n结平面相垂直的自然解理面一[110]面构成F—P腔。 (3)为了形成稳定振荡,激光媒质必须能提供足够大的增益,以弥补谐振腔引起的光损耗及从腔面的激光输出等引起的损耗,不断增加腔内的光场.这就必须要有足够强的电流注入,即有足够的粒子数反转,粒子数反转程度越高,得到的增益就越大,即要求必须满足一定的电流阀值条件.当激光器达到阀值时,具有特定波长的光就能在腔内谐振并被放大,最后形成激光而连续地输出. 可见在半导体激光器中,电子和空穴的偶极子跃迁是基本的光发射和光放大过程。 1.2 双异质结基本结构将有源层夹在同时具有宽带隙和低折射率的两种半导体材料之间，以便在垂直于结平面的方向（横向）上有效地限制载流子和光子。用此结构于1970年实现了GaAlAs／GaAs激射波长为0.89 μm 的半导体激光器在室温下能连续工作。图表示出双异质结激光器的结构示意图和相应的能带图在正向偏压下

数控恒流源的设计与制作

数控恒流源的设计与制作一，解析课题设计并制作一个数控恒流源电路，数控恒流源电路原理图如下图所示。数控恒流源是指在给定的数字量控制下，负载电阻阻值在一定范围内调节变化时输出电流恒定不变，改变控制数字量，输出恒定电流不随负载改变。二，设计原理四，单元电路元器件选择（1）计数器采用74HC161计数器。74HC161的主要功能：1，异步清零功能：当CLR 的反为零时，不论有无时钟脉冲CLK和其他信号输入，计数器被清零，即Qd～Qa都为0。2，同步并行置数功能：当CLR的反=1，LOAD的反=0时，在输入时钟脉冲CLK上升沿的作用下，并行输入的数据dcba被置入计数器，即Qd～Qa=dcba。3，计数功能：当LOAD的反=CLR的反=ENP=ENT=1，当CLK端输入计数脉冲时，计数器进行二进制加法计数4，保持功能：当LOAD的反=CLR 的反=1时，且ENP和ENT中有”0“时，则计数器保持原来状态不变。（2）驱动译码器采用74HC4511芯片。74HC4511将输入BCD标准代码变换成驱动七段数码管所需的码信号，其中四线A～D为BCD码输入端，高电平有效，A为低位输入端，D为高位端，七段a～g输出高电平以驱动共阴极数码管发光。LE为锁存控制端，高电平时能够锁存输入的BCD码。LT为灯测试反相控制端，BI为消隐反相控制端。（3）数模转换器 DAC0832是采样频率为8位的D/A转换芯片，集成电路内有两级输入寄存器，使DAC0832芯片具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要（如要求多路D/A异步输入、同步转换等）。DAC0832中有两级锁存器，第一级锁存器称为输入寄存器，它的锁存信号为ILE;第二級锁存器称为DAC 寄存器，它的锁存信号为传输控制信号。因为有两级锁存器，DAC0832可以工作在双缓冲器方式，即在输出模拟信号的同时采集下一个数字量，这样能有效地提高转换速度。此外，两级锁存器还可以在多个D/A转换器同时工作时，利用第二级锁存信号来实现多个转换器同步输出。ILE为高电平、WR1 和CS为低电平时，LE1为高电平，输入寄存器的输出跟随输入而变化;此后，当WR1 由低变高时，LE1为低电平，资料被锁存到输入寄存器中，这时的输入寄存器的输出端不再跟随输入资料的变化而变化。对第二级锁存器来说，WR2和XFER

半导体激光器设计

半导体激光器设计摘要:半导体激光器产生激光的机理,即必须建立特定激光能态间的粒子数反转，并有光学谐振腔。由于半导体材料物质结构的特异性和其中电子运动的特殊性，一方面产生激光的具体过程有许多特殊之处，另一方面所产生的激光光束也有独特的优势，使其在社会各方面广泛应用。从同质结到异质结，从信息型到功率型，激光的优越性也愈发明显，光谱范围宽，相干性增强，使半导体激光器开启了激光应用发展的新纪元。关键词：受激辐射；光场;同质结;异质结;大功率半导体激光器、八— 0刖言半导体激光器是指以半导体材料为工作物质的激光器，又称半导体激光二极管（LD）, 是20世纪60年代发展起来的一种激光器。半导体激光器的工作物质有几十种，例如砷化傢（GaAs）,硫化镉（CdS）等,激励方式主要有电注入式,光泵式和高能电子束激励式三种。半导体激光器从最初的低温（77K）下运转发展到室温下连续工作；从同质结发展成单异质结双异质结,量子阱（单,多量子阱）等多种形式。半导体激光器因其波长的扩展，高功率激光阵列的出现以及可兼容的光纤导光和激光能量参数微机控制的出现而迅速发展.半导体激光器的体积小，重量轻,成本低,波长可选择，其应用遍布临床，加工制造，军事,其中尤以大功率半导体激光器方面取得的进展最为突出。 1半导体激光器的工作原理 1.1激光产生原理半导体激光器是一种相干辐射光源，要使它能产生激光，必须具备三个基本条件：（1）增益条件：建立起激射媒质（有源区）内载流子的反转分布，在半导体中代表电子能量的是由一系列接近于连续的能级所组成的能带，因此在半导体中要实现粒子数反转，必须在两个能带区域之间，处在高能态导带底的电子数比处在低能态价带顶的空穴数大很多,这靠给同质结或异质结加正向偏压，向有源层内注入必要的载流子来实现。将电子从能量较低的价带激发到能量较高的导带中去。当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时,便产生受激

数控直流恒流源

数控恒流源设计与总结报告摘要：本设计以89C52为主控器件，采用了高共模抑制比低温漂的运算放大器OP07和大功率场效应管IRF640构成恒流源，通过12位A/D、D/A转换芯片，完成了单片机对输出电流的实时检测和实时控制，控制界面直观、简洁，具有良好的人机交互性能，人机接口采用4*4键盘及LCD液晶显示器。该系统电流输出范围为20mA～2000mA的数控直流电流源。该电流源具有电流可预置，1mA步进，同时显示给定值和实测值等功能。关键词：89C52 恒流源AD DA

1 系统设计设计并制作数控直流电流源。输入交流200～240V，50Hz；输出直流电压≤10V。其原理示意图如下所示。图1.1 数控直流电流源原理示意图 1.1设计要求题目要求设计并制作数控直流电流源。输入交流200～240V，50Hz；输出直流电压≤10V。其要求如下: 1.1.1 基本要求（1）输出电流范围：200mA～2000mA；（2）可设置并显示输出电流给定值，要求输出电流与给定值偏差的绝对值≤给定值的1％+10 mA；（3）具有“+”、“-”步进调整功能，步进≤10mA；（4）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的1％+10 mA；（5）纹波电流≤2mA；（6）自制电源。 1.1.2 发挥部分（1）输出电流范围为20mA～2000mA，步进1mA；（2）设计、制作测量并显示输出电流的装置(可同时或交替显示电流的给定值和实测值)，测量误差的绝对值≤测量值的0.1％+3个字；（3）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的0.1％+1 mA；（4）纹波电流≤0.2mA；（5）其他。