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基于ARM的高精度半导体光源驱动控制技术研究

作 者: 杜海涛
导 师: 邹建
学 校: 重庆大学
专 业: 光学工程
关键词: 半导体光源 恒流源 光控 温控
分类号: TN36
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 24次
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内容摘要


半导体光源是由以半导体材料构成的PN结为工作物质的半导体器件,它以注入电流为激励源。这种器件的量子效率极高,但是它对电冲击的承受能力很弱,弱小的电流变化都可能会导致器件参数发生变化,电流突变甚至会导致半导体器件的老化或损坏,因此驱动电流的稳定性对器件的输出有着直接的影响。光源器件的工作物质是PN结,对温度极其敏感,温度变化会直接影响到半导体光源器件的阈值电流及输出光功率的稳定性,严重破坏半导体光源的工作特性。为了能使半导体光源正常工作,必须控制半导体光源器件的工作温度。为了使输出的光功率稳定,本文对自动功率控制方法进行了研究,并采用与恒流源、自动温度控制相结合的方式来实现光功率的稳定输出。首先,本文对半导体光源的工作原理和特性进行了介绍,在大量查阅了国内外相关参考文献的前提下,分析了半导体光源对驱动电源的要求,并对半导体光源的光控温控理论进行了分析,在此基础上设计了基于ARM高精度的半导体光源驱动控制器。它包括数字化恒流源驱动电路,光电检测电路和温控电路等。恒流源与光电检测电路构成了光控电路,恒流源由ADuC7026微控制器及其DAC、慢启动电路和V/I转换电路等组成。它的整体设计思路是利用高性能斩波稳零运算放大器和负反馈原理,使整个闭环系统处于动态的平衡中,从而达到稳定输出电流的目的。温控电路利用专用温度控制芯片ADN8830对TEC进行PID闭环自动控制,采用半导体光源组件内部的热敏电阻作为温度传感器。其次,设计了数字化控制系统的相关软件。具体包括系统的初始化,DA转换、AD转换、数字化光功率控制的实现、温度的设定和温度、光功率以及驱动电流的采集和显示。最后,本文通过实验获得了驱动电流的稳定度、温度的稳定度和在有无光控和温控的条件下输出光功率的稳定度,验证了前面理论分析的正确性和可行性。证明了本文设计的驱动控制器满足我们的要求。该半导体光源驱动控制器可以提供高精度的光源,具有广泛的应用前景。

全文目录


中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-10
  1.1 课题研究的目的与意义  8
  1.2 国内外研究现状综述  8-9
  1.3 本文主要研究内容  9-10
2 半导体光源的工作原理及其特性  10-18
  2.1 半导体光源的基本结构及工作原理  10
  2.2 半导体光源的特性  10-17
    2.2.1 半导体发光二极管  10-13
    2.2.2 半导体激光器  13-17
  2.3 智能光纤入侵报警系统中光源的选择  17
  2.4 本章小结  17-18
3 半导体光源光控温控的理论分析  18-40
  3.1 半导体光源的内部结构及特性  18-27
    3.1.1 组件式半导体光源的内部结构  18-19
    3.1.2 组件式半导体光源的特性  19-27
  3.2 半导体光源光控的理论分析  27-33
    3.2.1 恒流源驱动电路分析  29-30
    3.2.2 光电探测电路分析  30-33
  3.3 半导体光源温控的理论分析  33-39
    3.3.1 半导体光源温控需求分析  33-34
    3.3.2 半导体光源温度控制方式  34-36
    3.3.3 半导体光源温度控制算法  36-39
  3.4 本章小结  39-40
4 半导体光源驱动控制方案选择及设计  40-70
  4.1 方案选择及总体设计  40-41
    4.1.1 常用的控制方案  40-41
    4.1.2 系统方案总体设计  41
  4.2 系统的硬件设计  41-65
    4.2.1 处理器的选择  41-58
    4.2.2 恒流源的设计  58-61
    4.2.3 驱动电流采集电路设计  61-62
    4.2.4 光电探测及光功率采集电路设计  62
    4.2.5 温度控制电路设计  62-63
    4.2.6 LCD 显示电路设计  63-65
  4.3 系统的软件设计  65-68
    4.3.1 软件的总体设计  65-66
    4.3.2 ADC 转换模块  66-67
    4.3.3 DAC 转换模块  67-68
  4.4 本章小结  68-70
5 实验及实验分析  70-80
  5.1 恒流源稳定性测试及分析  70-71
  5.2 温控系统性能测试及分析  71-76
  5.3 光功率稳定性测试及分析  76-78
  5.4 本章小结  78-80
6 总结与展望  80-82
致谢  82-84
参考文献  84-86
附录  86-88
  A. 光控电路图  86-87
  B. 温控电路图  87-88
  C. 攻读硕士期间发表的论文  88

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 半导体光电器件
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