Драйвер лазерного диода с двойной защитой и напряжением питания от 1 В

Журнал РАДИОЛОЦМАН, апрель 2013

Tai-Shan Liao, Тайвань

EDN

При чрезмерной мощности излучения даже кратковременное попадание в глаза луча лазерной указки может быть опасным для здоровья человека, как при прямом воздействии, так и при отражении от окружающих предметов. По этой причине в большинстве стран устанавливаются нормы безопасных уровней лазерного излучения, регламентирующие максимально допустимую мощность. В статье описывается драйвер лазерного диода, способный работать даже от 1.5-вольтовой батарейки, разряженной до напряжения 1 В. Драйвер снабжен надежной защитой на сдвоенном транзисторе, сводящей к минимуму вероятность выхода интенсивности излучения за установленные пределы.

Рисунок 1.	Используя повышающий DC/DC преобразователь и управляющий током сдвоенный транзистор, можно создать источник питания для лазера, обеспечивающий безопасный уровень излучения даже при почти полностью разряженной батарее.

На Рисунке 1 транзисторы Q₁, Q₂ и Q₃ образуют составной элемент с отрицательным сопротивлением, значение которого приближенно выражается формулой

Будем считать, что все транзисторы имеют одинаковые коэффициенты передачи тока β и одинаковые напряжения база-эмиттер V_BE. Через резистор R_F замыкается цепь обратной связи, а R₁ устанавливает коллекторный ток транзистора Q₁. За счет генерации схемы, обусловленной отрицательным характером ее сопротивления, размах напряжения на включенном в коллектор Q₁ резонансном контуре, состоящем из индуктивности L₁ и паразитных емкостей схемы, достигает 3.5 В при напряжении батареи 1 В. Выходное напряжение полумостового выпрямителя на диоде Шоттки D₁ и конденсаторе C₁, равное примерно −3 В, через открытые транзисторы Q₅ и Q₆ приложено к катоду лазера. В сумме с 1 В на аноде, напряжение питания лазерного диода составляет 4 В, что заведомо превышает порог его включения.

Током лазерного диода управляют транзисторы Q₅ и Q₆. Встроенный фотодиод через транзистор Q₄ передает сигнал отрицательной обратной связи на базы Q₅ и Q₆, стабилизируя интенсивность лазерного излучения. Пара транзисторов Q₅ и Q₆ включена последовательно в целях повышения безопасности. При пробое одного из транзисторов второй продолжит поддерживать излучение на безопасном уровне. Вероятность одновременного выхода из строя двух транзисторов несоизмеримо меньше, чем одного.

Замечание редактора EDN

Из-за разброса параметров лазера и фотодиода для установки необходимого уровня ограничения интенсивности излучения сопротивление резистора R₇, возможно, придется подбирать.