Фотогалерея

Еще одни nixie часы

Популярные статьи


Главная » Технологии » История разработки необычной мощной лазерной указки..

История разработки необычной мощной лазерной указки..

Раздел: Технологии | Дата публикации: 27 марта 2009г.

      Если вы надумали собрать сей лазерный девайс и ваши руки достаточно прямые, то вам сюда :) Эта самодельная лазерная указка выбивается из общей картины «фонарик, оптика с готового лазерного модуля и резистор с батарейками». Статья громоздкая и осилит её только тот, кто действительно заинтересован в построении маленького, практичного и качественного девайса…
      Началось всё с того, что у меня начал барахлить мой NEC AD-7170A. А у меня тогда как раз сильно чесались руки его вскрыть, чтоб извлечь оттуда одну маленькую, но ценную вещь… И обнаружил я там лазерный диод (далее просто «ЛД») с «открытым верхом». Меня это и порадовало и расстроило одновременно... Ведь мощность таких диодов больше, охлаждение гораздо лучше, корпус крупнее и добротнее да и нет проблем с разводами в луче из-за упавшей на стекло пылинки. С другой стороны, он совсем не защищён, чем это грозит сами догадываетесь… Тем не менее я понимал что повредить его не так уж и просто. Там используются стеклоподобные материалы и золото, которое не боится окислителей и т.п. Пальцами не лапать, не «хэкать» на него и этого достаточно. Судорожно защищать его от статики, как это делают многие, я не стал. С электроникой на «ты», и прекрасно понимаю, что если руки растут откуда надо, а паяльник человеческий и током не бьётся – боятся нечего. В кристалле нет тонких диэлектрических плёнок, как в полевиках, а собственная ёмкость ЛД не позволит проникнуть слабому статическому заряду. Ещё раз повторяю – слабому. Перед пайкой я обязательно касаюсь батареи.
      Вы уж извините, но я не люблю загромождать текст лишними фотографиями и люблю много писать. Поэтому их будет по возможности меньше, а текста больше. Будут показаны только самые информативные и самые интересные моменты. Статья получится компактней и вам не придется беспокоится за трафик :)
      После того, как я успешно извлёк ЛД, я решил посмотреть на его ВАХ (вольтамперная характеристика). Выяснилось, что она достаточно мягкая для использования даже не очень «честного» стабилизатора напряжения. Да. Именно напряжения. Я же вас предупредил, что эта система нестандартная? Дело в том, что мой мозг родил одну интересную теорию, которую я и хотел проверить на практике. Всем известно, что при понижении температуры КПД ЛД растёт. И если потребляемый ток останется на прежнем уровне – ЛД выйдет из строя из-за слишком высокой интенсивности излучения. По этой причине у людей указки чаще всего горят на морозе. Сам кристалл способен выдержать в несколько раз большие токи, но зеркала в резонаторе безвозвратно вышибает светом…
      Вот вам ориентировочная характеристика температурной зависимости ЛД (не моего) при токе в 200мА:
- при температуре 75 градусов выходная мощность около 110 мВт
- при температуре 20 градусов выходная мощность около 170 мВт
      Ну как? Нехило прыгает, правда? Что же получается? Подать максимальный рабочий ток мы не можем, т.к. ЛД холодный и моментально повредится. А если мы подадим максимальный безопасный ток, то сразу же после включения мощность сильно просядет из-за температурного сопротивления кристалл-корпус. Затем разогреется сам радиатор и мощность ещё сильнее упадёт...
      Для того, чтоб избежать этой проблемы – используют разные методы. Самый точный – обратная оптическая связь. В корпусе ЛД сидит фотодиод, который командует драйвером. Но в наших приводах этот фотоэлемент спрятан аж где-то в головке самого привода. И мы часто используем простую термокомпенсацию и плавный пуск. Но я решил пойти по более простому пути – подавать на ЛД не стабильный ток, а стабильное напряжение. В этом случае в качестве термокомпенсатора работает сам кристалл ЛД. Работает очень быстро и точно. Как так происходит? Не всем известно что при нагреве у полупроводников падает сопротивление или напряжение падения. Вот этим я и воспользовался. Диод нагревается – напряжение падения падает, ток растёт (т.к. напряжение источника стабильное), а излучаемая мощность остаётся на прежнем уровне из-за снижения КПД. Я не ожидал 100%-ной стабилизации. Ведь всё зависит от жесткости ВАХ ЛД на рабочем токе, а она тем жестче, чем выше ток. Но тем не менее результаты меня порадовали. Когда я подключил ЛД к источнику напряжения через 1 Ом, то после прогрева его яркость падала в два раза! Мерял обычным красным светодиодом, подключенным к мультиметру в режиме измерения напряжения. После того как я замерял напряжение падения на ЛД, в холодном состоянии и при номинальном токе (320мА), я выставил на стабилизаторе такое же и замкнул резистор. Как вы думаете, на сколько у меня упала яркость после прогрева? На четверть! Теоретически оптимальная жесткость ВАХ лежит где-то в пределах 400-500 мА, что является рабочим током ЛД из более скоростных приводов. Стоит попробовать, но и это лучше чем ничего.
      Ну с термокомпенсацией разобрались. Следующий шаг – выбор схемы питания. Я остановился на LM2621. Довольно честный и компактный преобразователь. Некоторые говорят что он не способен понижать напряжение и его нельзя питать от двух пальчиковых батареек или одного Li-ion аккумулятора. Мол только два обычных аккумулятора и точка… Но это не так. Полистайте даташит. Там есть специальная схема включения с ещё одним дросселем и разделительным конденсатором. Вот на ней я и остановился, правда изменил немного:


 
      КПД этой схемы (измеренное на практике) – 84…87%, в зависимости от заряда аккумулятора (2,5…4,2V). Максимальный ток не мерял, т.к. мне его мощности хватило с явным запасом. Стабильность выходного напряжения очень сильно зависит от ёмкости выходного сглаживающего конденсатора. С моими танталовыми 47мкФ, найденных на плате старого привода, разброс не более 0,01V. Точнее замерять не смог, т.к. у мультиметра не хватило разрядности. ВАХ ЛД при этом позволяла мне менять напряжение в пределах 0,05V без существенного изменения тока. Рабочее напряжение у меня получилось 3,12V. Все детали, кроме самой LM2621, я нашёл на различном комповом железе. Подстроечник с головки всё того же бедного привода (будет знать как сдыхать!). С него же и диод Шоттки. Дросселя с блоков питания. Их даже перематывать не обязательно. Остальные конденсаторы и резисторы наковырял на платах старого CD привода и видеокарты.
      В будущем я попробую сделать какой-то линейный стабилизатор напряжения с практически нулевым остаточным напряжением падения на нём. Например на интегральном стабилизаторе PQ30RV2 или PQ30RV21. Это позволит существенно упростить схему. КПД немного пострадает, но оно того стоит. Да и аккумулятор будет разряжаться до безопасного уровня.
      Теперь мне нужно подумать над корпусом… Пока что сделаю его с куска водопроводной трубы, из нержавейки. В качестве выключателя будет использоваться задняя крышка. Тоже из семейства водопроводных заглушек. Когда я её поверну до упора – аккумулятор нажмёт на кнопку и подключится к драйверу. А с другой стороны будет гайка с бронированной сантехнической трубки и я смогу ею регулировать фокус. Когда она закручена до упора – луч прямой. Звучит удобно. Всё равно эта резина воду портит… Отверстие в этой гайке закрою защитным стеклом. Пусть оно и жрёт часть мощности, но зато я не буду бояться за нежную пластиковую оптику. Стекло это вырежу из предметного стёклышка для микроскопа, а приклею на обычный строительный белый силикон. У него мёртвая хватка.
      Начинку сделаю из "банок" - корпусов от конденсаторов. В одной банке сделаю полностью самостоятельный лазерный модуль с ЛД, драйвером, кнопкой, охлаждением и прижимающей аккумулятор пружинкой. А во второй банке расположу оптику и пружинку, упирающуюся в первый модуль. Сам оптический модуль будет упираться в переднюю крышку с окном. Модули можно будет менять как детали в конструкторе. Открывается широкое поле для экспериментов и фантазий... В общем хватит идей. Пора браться за работу:

нажмите для увеличения