Электронный модулятор для управления пьезокерамическим затвором
Образец записи в трудовую книжку
МОДУЛЯТОРЫ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРО-ОПТИЧЕСКИМИ ЗАТВОРАМИ Электронный модулятор для управления пьезокерамическим затвором Помимо оптической системы пьезокерамический затвор включает несколько механически и электрически связанных керамических пластин. Принцип работы затвора связан с изменением толщины пластин в случае приложения к ним импульсов напряжения положительной или отрицательной полярности. Так как пластины механически связаны с оптической системой, то изменение напряжения на пластинах приводит к изменению состояния оптической системы, которая либо пропускает, либо блокирует лазерное излучение. Для эффективного переключения затвора необходима синхронность воздействия на оптическую систему всех керамических пластин, находящихся на разных расстояниях от оптической системы. Эту задачу решает электронный модулятор, формирующий на пластинах последовательность разнополярных импульсов напряжения определенной длительности, сдвинутых друг относительно друга на определенные временные интервалы. И длительности импульсов, и временные интервалы между ними зависят от геометрических размеров и конструкции компонентов затвора. Поэтому при построении схемы модулятора должна быть предусмотрена возможность изменения временных параметров импульсов в необходимых пределах. На рис. 15 приведена принципиальная электрическая схема модулятора, управляющего затвором с тремя пьезокерамическими пластинами.
А Б рис. 15 Силовая схема модулятора (рис. 15а) включает высоковольтный источник с напряжением ; транзистор , формирующий импульсы прямого напряжения на всех трех пластинах одновременно; транзисторы , , , формирующие импульсы обратного напряжения каждый на своей пластине; разделительные диоды , , ; накопительные конденсаторы , , , в цепи формирователей обратного напряжения; зарядные резисторы , , и выходные резисторы , , . Формирователь импульсов прямого напряжения построен по схеме транзисторного ключа с нагрузкой в цепи истока. Три формирователя импульсов обратного напряжения собраны по схеме модулятора с частичным разрядом накопительной емкости. Схема управления (рис. 15б) включает низковольтный источник с напряжением ; два одновибратора , ; два компаратора , ; делитель напряжения из резисторов , , и фильтровые конденсаторы , . В исходном состоянии (в паузе между импульсами) накопительные конденсаторы , и заряжены до напряжения через резисторы , и соответственно. Согласно алгоритму работы одновибратора при отсутствии синхроимпульса на входе () напряжение на неинвертирующем выходе равно нулю. При отсутствии положительного перепада напряжения на входе напряжение на неинвертирующем выходе также равно нулю. Соответственно равны нулю и напряжения на неинвертирующий входах компараторов и . Напряжения на инвертирующих входах и не равны нулю и определяются делителем напряжения из сопротивлений , , . При таком сочетании напряжений на входах компараторов их выходные напряжения равны нулю. Таким образом, управляющие напряжения на затворах всех четырех транзисторов равны нулю, они выключены и блокируют напряжения в своих цепях. В итоге напряжения на всех трех пластинах затвора равны нулю (). Рассмотрим последовательность работы схемы. Синхроимпульсом , поступающим со схемы разрядного модуля, запускается одновибратор . Сигнал с неинвертирующего выхода () длительностью через драйвер с потенциальной развязкой (на схеме не показан) включает транзистор . При этом напряжение через разделительные диоды , , одновременно поступает на все три пластины затвора . Длительность импульса прямого напряжения регулируется со схемы управления за счет изменения длительности сигнала, формируемого одновибратором . После окончания импульса прямого напряжения положительным перепадом импульса с инвертирующего выхода запускается одновибратор . Импульс с неинвертирующего выхода () через промежуточный усилитель (на схеме не показан) включает транзистор . При этом положительно заряженная пластина конденсатора подключается к общей шине, а отрицательно заряженная – к выходной клемме . Таким образом, на первой пластине затвора формируется импульс обратного напряжения с амплитудой (первый импульс). Одновременно тем же импульсом с выхода () начинается заряд конденсатора через резистор . Напряжение с подается на неинвертирующие входы компараторов и . На инвертирующих входах этих компараторов установлены опорные напряжения с делителя из сопротивлений , , : , . (60) Как только напряжение на достигнет меньшего из опорных напряжений , происходит переключение компаратора . Напряжение с выхода () через промежуточный усилитель (на схеме не показан) включает транзистор . Аналогично рассмотренному выше на второй пластине затвора формируется импульс обратного напряжения с амплитудой (второй импульс). Момент формирования третьего импульса обратного напряжения соответствует возрастанию напряжения на до величины большего из опорных напряжений . Происходит переключение компаратора и сигналом с выхода (), усиленным промежуточным усилителем (на схеме не показан), включается . Так же как на двух предшествующих пластинах, формируется импульс обратного напряжения на третьей пластине (третий импульс). Регулировка задержки второго импульса обратного напряжения относительно первого, а также третьего относительно второго осуществляется за счет изменения скорости заряда конденсатора . При линейном заряде конденсатора в начале импульса . В этом выражении и – мгновенные значения тока через конденсатор и напряжения на конденсаторе, и – емкость зарядного конденсатора и сопротивление цепи заряда, – напряжение на неинвертирующем выходе . Учитывая линейный характер заряда, перейдем от бесконечно малых приращений к конечным . (61) Чтобы найти задержку второго импульса обратного напряжения относительно первого , положим в (61) и . (62) С учетом (60) приводится к виду . (62а) Задержка третьего импульса обратного напряжения относительно второго находится из выражения (60), в котором и . (63)
С учетом (60) получим . (63а) Обычно по условиям работы модулятора задержки и должны быть одинаковы. Приравнивая (62) и (63), а также (62а) и (63а), найдем ; . Из выражений (62а) и (63а) следует, что времена задержки и не зависят от напряжения источника питания , что является достоинством данного модулятора. В некоторых лазерных системах на пластины затвора подают только импульсы прямого напряжения. В схеме модулятора для реализации этого режима перемычки, замыкающие клеммы 1 и 2 в формирователях обратного напряжения, устанавливаются в положение 2-3 и шунтируют накопительные конденсаторы , , . Одновременно напряжение источника питания удваивается. На рис. 16 приведены диаграммы выходных импульсов модулятора, работающего в однополярном (а) и двуполярном (б) режимах. А б рис. 16
|