การออกแบบวงจรขับไดโอดเลเซอร์

ในบทช่วยสอนนี้เราจะแสดงวิธีเชื่อมต่อเลเซอร์ไดโอดในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ เมื่อเปรียบเทียบกับแสงของ LED แล้วแสงเลเซอร์มีความเข้มข้นสูงมีมุมมองที่เล็กและแคบกว่า สำหรับการเชื่อมต่อเลเซอร์ไดโอดในวงจรอิเล็กทรอนิกส์เราจำเป็นต้องมีวงจรขับเลเซอร์ไดโอด

ส่วนประกอบที่จำเป็น

• โมดูลเลเซอร์ไดโอด (650nm, 5mw)
• LM317 IC ควบคุมแรงดันไฟฟ้า
• ตัวเก็บประจุไฟฟ้า 1 electroF
• ตัวเก็บประจุเซรามิก 0.1µF
• ตัวต้านทาน300Ω
• โพเทนชิออมิเตอร์ 10k
• แบตเตอรี่ 9v

แผนภูมิวงจรรวม

วงจรขับเลเซอร์ไดโอด

วงจรไดรเวอร์เลเซอร์ไดโอดเป็นวงจรที่ใช้ในการ จำกัด กระแสแล้วเสบียงให้เป็นเลเซอร์ไดโอดจึงสามารถทำงานได้อย่างถูกต้อง หากเราเชื่อมต่อโดยตรงกับแหล่งจ่ายไฟเนื่องจากกระแสไฟฟ้ามากขึ้นจะทำให้เสียหายได้ หากกระแสไฟฟ้าต่ำจะไม่ทำงานเนื่องจากไม่มีพลังงานเพียงพอที่จะเริ่มต้น ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีวงจรขับเพื่อให้ค่ากระแสที่ถูกต้องซึ่ง Laser Diode อยู่ในสภาพการทำงาน LED ธรรมดาต้องการตัวต้านทานเพื่อ จำกัด กระแสเท่านั้น แต่ในเลเซอร์ไดโอดเราต้องการวงจรที่เหมาะสมเพื่อ จำกัด และควบคุมกระแส โดยทั่วไป LM317 ใช้สำหรับควบคุมกำลังในวงจรขับเลเซอร์ไดโอด

เลเซอร์ไดโอด (650nm, 5mw)

เลเซอร์ไดโอดเป็นอุปกรณ์ที่เปล่งแสงโดยกระบวนการของการขยายแสงขึ้นอยู่กับการปล่อยกระตุ้นของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในง่ายๆที่เราสามารถพูดได้แสงเลเซอร์ รูปแบบเต็มของเลเซอร์คือ " L ight A mplification โดยS timulated E mission of R adiation" แสงเลเซอร์แตกต่างจากแหล่งกำเนิดแสงอื่น ๆ เนื่องจากมันปล่อยแสงออกมาอย่างสอดคล้องกันในเชิงพื้นที่และชั่วคราว แสงเลเซอร์เป็นสีเดียวตามธรรมชาติซึ่งหมายความว่าเป็นเพียงแสงเดียวที่มีความยาวคลื่นและพลังงานเท่ากันไม่ใช่การรวมกันของแสงสี

1. การสร้างเลเซอร์ไดโอด

เลเซอร์ไดโอดประกอบด้วยเซมิคอนดักเตอร์สองตัวที่เชื่อมด้วยทรายเข้าด้วยกัน ด้านบนมีGallium Arsenideซึ่งมีคุณสมบัติเต็มไปด้วยอิเล็กตรอนมากเกินไปเนื่องจากมีรู เซมิคอนดักเตอร์ที่รับอิเล็กตรอนเรียกว่าเซมิคอนดักเตอร์ชนิด P ที่ด้านล่างมีGallium Arsenide & Seleniumซึ่งมีคุณสมบัติในการเติมเต็มหลุมเนื่องจากมีอิเล็กตรอนเสริม สารกึ่งตัวนำที่ให้อิเล็กตรอนพิเศษเรียกว่ากึ่งตัวนำชนิด N รูปแบบการก่อสร้างนี้จะสร้างทางแยก PN ระหว่างนั้นซึ่งผลิตแสงเลเซอร์

2. การทำงานของเลเซอร์ไดโอด

เมื่อกระแสผ่านเซมิคอนดักเตอร์ผ่านไปทั้งอิเล็กตรอนที่มีประจุลบและรูที่มีประจุบวกจะเริ่มไหลไปยังทางแยก PN เมื่ออิเล็กตรอนและโฮลรวมเข้าด้วยกันเนื่องจากมีรูในระดับพลังงานต่ำกว่าอิเล็กตรอนจะสูญเสียพลังงานจำนวนหนึ่งไปรวมกับอิเล็กตรอน พลังงานนั้นออกมาในรูปของโฟตอน สำหรับการดักจับโฟตอนของแสงนั้นพื้นผิวด้านบนและด้านล่างของทางแยก PN จะเคลือบด้วยวัสดุที่เป็นมิเรอร์ จากนั้นโฟตอนนี้กระตุ้นให้รูและอิเล็กตรอนอื่น ๆ รวมตัวกันและปล่อยโฟตอนออกมา กระบวนการนี้จะสิ้นสุดลงเมื่อ PN เต็มไปด้วยแสงเลเซอร์จากนั้นจะปล่อยแสงเลเซอร์ออกมาภายนอกอย่างต่อเนื่อง

3. การใช้งาน

• งานอุตสาหกรรม: แกะสลัก, ตัด, เขียน, เจาะ, เชื่อม, ฯลฯ
• การใช้งานทางการแพทย์:เพื่อขจัดเนื้อเยื่อที่ไม่ต้องการการวินิจฉัยเซลล์มะเร็งโดยใช้สารเรืองแสงยาทันตกรรม
• โทรคมนาคม
• การใช้งานทางทหาร
• การจัดเก็บข้อมูล

LM317 IC ควบคุมแรงดันไฟฟ้า

เป็น IC ควบคุมแรงดันไฟฟ้าสามขั้วแบบปรับได้สามารถให้และแรงดันไฟฟ้าขาออก 1.25 v ถึง 37v ซึ่งเราสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามความต้องการโดยใช้ตัวต้านทานภายนอกสองตัวบน PIN ที่ปรับได้ของ LM317 ตัวต้านทานทั้งสองนี้ทำงานเป็นวงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่ใช้เพื่อเพิ่มหรือลดแรงดันไฟฟ้าขาออก LM317 IC ช่วยในการ จำกัด กระแสการป้องกันการโอเวอร์โหลดจากความร้อนและการป้องกันพื้นที่ปฏิบัติการที่ปลอดภัย หากเราถอดขั้วแบบปรับได้ แต่ LM317 จะเป็นประโยชน์ในการป้องกันการโอเวอร์โหลด มันมีบรรทัดทั่วไปและการควบคุมโหลด 0.1%

หมายเลข PIN	ชื่อ PIN	คำอธิบาย PIN
1	ปรับ	เราสามารถปรับ Vout ผ่านพินนี้ได้โดยเชื่อมต่อกับวงจรแบ่งตัวต้านทาน
2	เอาต์พุต	ขาแรงดันขาออก (Vout)
3	อินพุต	ขาแรงดันไฟฟ้าขาเข้า (Vin)

การทำงานของวงจรขับเลเซอร์ไดโอด

เมื่อแบตเตอรี่เริ่มจ่ายไฟให้ไหลผ่านตัวเก็บประจุเซรามิก (0.1 ยูเอฟ) ก่อน ตัวเก็บประจุนี้ใช้เพื่อกรองสัญญาณรบกวนความถี่สูงจากแหล่งจ่ายไฟ DC ของเราและให้กับ PIN3 ของIC ควบคุมแรงดันไฟฟ้าLM317 โพเทนชิออมิเตอร์ (10k) และตัวต้านทานใช้เป็นวงจร จำกัด แรงดันไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับ PIN1 ที่ปรับได้ แรงดันขาออกจะขึ้นอยู่กับค่าของตัวต้านทานและโพเทนชิออมิเตอร์เหล่านี้ จากนั้นแรงดันขาออกจะถูกดึงออกจาก PIN2 ของขาออกและแรงดันไฟฟ้านี้จะกรองออกจากตัวเก็บประจุตัวที่สอง (1uf) ตัวเก็บประจุนี้ทำหน้าที่เป็นตัวปรับสมดุลโหลดพลังงานเพื่อกรองสัญญาณที่ผันผวน เราสามารถปรับความเข้มของแสงเลเซอร์ได้โดยการเลื่อนโพเทนชิออมิเตอร์