Содержание
Сегодня во многих приборах бытового и любого другого плана используются лазерные диоды (полупроводники) для создания целенаправленного луча. И самым важным моментом в самостоятельной сборке лазерной установки является подключение диода.
Из этой статьи вы узнаете обо всем, что нужно для качественного подключения лазерного диода.
Особенности полупроводника и его подсоединения
От led диода лазерная модель отличается очень маленькой площадью кристалла. В связи с чем наблюдается значительная концентрация мощности, что приводит к кратковременному превышению значения тока в переходе. Из-за этого такой диод может легко перегореть. Поэтому, чтобы лазерный диод прослужил как можно дольше, необходима специальная схема – драйвер.
Обратите внимание! Любой диод лазерного типа необходимо питать стабилизированным током. Хоте некоторые разновидности, дающие красный свет, ведут себя достаточно стабильно, даже если имеют не стабильное питание.
Красный лазерный диод
Но, даже если используют драйвер, диод нельзя подключать к нему. Здесь необходим еще «датчик тока». В его роли часто выступает общий провод низкоомного резистора, который включается в разрыв между этими деталями. В результате схема имеет один существенный недостаток — минус питания оказывается «оторван» от минуса, имеющегося в питании схемы. Кроме этого данная схема имеет еще один минус — на токоизмерительном резисторе происходит потеря мощности.
Собираясь подключить лазерный диод, необходимо понимать, к какому драйверу его следует подключать.
Классификация драйверов
На данный момент существует два основных типа драйверов, которые можно подключить к нашему полупроводнику:
- импульсный драйвер. Представляет собой частный случай преобразователя напряжения импульсного характера. Он может быть как понижающим, так и повышающим. У них входная мощность приблизительно равна выходной. При этом имеется незначительное преобразование энергии в тепло. Упрощенная схема импульсного драйвера имеет следующий вид;
Упрощенная схема импульсного драйвера
- линейный драйвер. На такой драйвер схема обычно подает больше напряжения, чем требует полупроводник. Для его гашения необходим транзистор, который лишнюю энергию будет выделять с теплом. Такой драйвер имеет небольшой КПД, в связи с чем его используют крайне редко.
Обратите внимание! При использовании линейных микросхем-стабилизаторов интегрального плана при падении входного напряжения на диоде ток будет уменьшаться.
Схема линейного драйвера
В связи с тем, что питание любого лазерного диода может осуществляться через два разных типа драйверов, то схема подключения будет различаться.
Особенности соединения
Схема, которая будет использоваться для питания лазерного диода, может содержать в себе не только драйвер и «датчик тока», но и источник питания – аккумулятор или батарею.
Вариант схемы подключения
Обычно аккумулятор/батарея в таком случае должны иметь напряжение в 9 В. Кроме них в схему обязательно должны входить лазерный модуль и токоограничивающий резистор.
Обратите внимание! Чтобы не тратиться на диод, его можно извлечь из DVD привода. При этом это должен быть именно компьютерное устройство, а не стандартный проигрыватель.
Лазерный полупроводник имеет три вывода (ноги), два из которых размещены по бокам, а один – посредине. Средний выход следует подключать к минусовой клемме выбранного источника питания. Положительную клемму нужно подсоединять к левой или правой «ноге». Выбор левой или правой стороны зависит от производителя полупроводника. Поэтому нужно определить, какой именно вывод будет: «+» и «-». Для этого на полупроводник следует подать питание. Здесь отлично справятся две батарейки, каждая по 1,5 вольт, а также резистор в 5 Ом.
Минусовый вывод у источника питания следует подключить к центральному минусовому выводу, определенного у диода. При этом плюсовая сторона должна подсоединяться к каждой из двух оставшихся клемм полупроводника поочередно. Таким образом его можно подключать и к микроконтроллеру.
Питание для лазерного диода можно осуществить с помощью 2-3 пальчиковых батареек. Но при желании в схему можно включить и аккумулятор от мобильного телефона. В таком случае необходимо помнить, что понадобиться еще дополнительный ограничительный резистор на 20 Ом.
Подсоединение к сети 220 В
Полупроводник можно запитать от 220 В. Но здесь необходимо создать дополнительную защиту от высокочастотных всплесков напряжения.
Вариант схемы питания диода от сети в 220 В
Такая схема должна включать в себя следующие элементы:
- стабилизатор напряжения;
- токоограничивающий резистор
- конденсатор;
- лазерный диод.
Сопротивление и стабилизатор будут образовывать блок, который сможет препятствовать токовым выбросам. Для предотвращения всплесков напряжения необходим стабилитрон. Конденсатор будет препятствовать появлению высокочастотных всплесков. Если такая схема была правильно собрана, то стабильная работа полупроводника будет гарантирована.
Пошаговая инструкция подсоединения
Самым удобным в плане создания лазерной установки своими руками будет красный полупроводник, имеющий выходную мощность примерно в 200 милливатт.
Обратите внимание! Именно таким полупроводником оснащен любой компьютерный DVD-проигрыватель. Это значительно упрощает поиск источника света.
Подключение выглядит следующим образом:
- для подключения необходимо использовать один полупроводник. Их обязательно нужно проверить на работоспособность (достаточно просто подключить к батарейке);
- выбираем более яркую модель. При проверке инфракрасного светодиода (при взятии его из компьютерного проигрывателя), он будет светить слабым красным свечением. Помните, что его
ЗАПРЕЩАЕТСЯ направлять в глаза, иначе можно полностью лишиться зрения;
- далее лазер устанавливаем на самодельный радиатор. Чтобы это сделать, нужно просверлить в алюминиевой пластине (толщина примерно 4 мм) отверстие с таким диаметром, чтобы диод входил в него достаточно туго;
- между лазером и радиатором необходимо нанести небольшой слой термопласты;
- далее берем проволочный керамический резистор, имеющий сопротивление 20 Ом с мощностью в 5 Вт и соблюдая полярность подключаем его к схеме. Через него нужно подключить лазер и источник питания (мобильный аккумулятор или батарейку);
- сам лазер следует зашунтовать с помощью керамического конденсатора, имеющего любую емкость;
- далее отворачивая устройство от себя, следует подключить его к сети питания. В результате должен включить красный луч.
Красный луч от самодельного устройства
После этого его можно сфокусировать при помощи двояковыпуклой линзы. Сфокусируйте его на несколько секунд в одной точке на бумаге, которая поглощает красный спектр. Лазер на ней оставит красный свет.
Как видите, получилось работающее устройство, которое подключено к сети в 220 В. Используя различные схемы и варианты подключения, можно создать разные приспособления, вплоть до карманной лазерной указки.
Заключение
Подключая лазерный диод, необходимо помнить о безопасном обращении с ним, а также знать нюансы, которые присутствуют в его работе. После этого останется только подобрать понравившуюся схему и подключить полупроводник. Главное помните, что все контакты должны быть хорошо запаяны, иначе деталь может перегореть в процессе работы.
Мечта о маленьком карманном лазере стала реальностью с появлением и развитием полупроводниковых лазерных диодов. В просторах интернета достаточно много статей о том, как можно сделать выжигающий лазер из привода для компакт дисков. Но не стоит ограничиваться только этой информацией.
Выбор лазерного диода:
Если вы задались серьёзной целью сделать лазер то просмотрите справочник и выберете подходящий по параметрам лазерный диод. Если нет у вас есть неисправный DVD RW привод — то вам придется раскошелится и купить лазерный светодиод. Причём в этом случае, вы можете в меру своих финансовых возможностей, подобрать лазер нужной вам мощности. А как с ним быть дальше? Рекомендую прочитать и прислушаться к нашей статье что бы не тратить время на сборку сомнительных схем подключения лазерного диода.
Классификация лазерных установок:
В лазерном пучке концентрируется высокая энергия и потому существует опасность повредить зрение при неосторожном обращении с лазерами. Существует классификация опасности лазерных установок в соответствии с EN60825-1 рисунок №1.
Рисунок №1 – Классификация опасности лазерных установок
При работе с лазерными диодами нужно СТРОГО СОБЛЮДАТЬ ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ. Нельзя направлять луч лазера прямо в глаза, это может привести к полной или частичной потере зрения. Не давайте вашу лазерную установку детям, не оставляйте её в легкодоступных местах! Исключайте возможность не санкционированного (случайного) включения лазера, используйте ваше творение только в мирных целях. Одевайте защитные очки при настройке и работе с ним.
О лазерном диоде:
Как правило, лазерный диод это миниатюрное устройство с тремя (рисунок №2) или четырьмя ножками в зависимости от типа.
Рисунок № 2 – Внешний вид лазерного светодиода с тремя ножками
Почему три ножки? Дело в том что внутри корпуса находится кроме лазерного излучающего диода ещё и фотодиод рисунок №3.
Риснок №3 – Схема лазерного светодиода
Фотодиод предназначен для того чтобы управлять (регулировать или ограничивать) током лазера. Конструктивно это выглядит так: рисунок №4.
Маломощные лазерные диоды эксплуатируются с напряжениями в несколько вольт и силой тока в диапазоне примерно от 50 до 80 мА. Указанный в соответствующих паспортах на них (Datasheet). Например рабочий ток (50-60 мА) ни в коем случае нельзя превышать! Опасны также импульсные перегрузки. Поэтому при питании лазерного светодиода нужно принимать во внимание то, чтобы такие пики отсутствовали. Надежнее всего использовать в качестве источника питания для диода не блок питания, а батареи. Но это не всегда подходит – особенно если вы хотите сделать стационарную установку.
Итак, если вы желаете подключить ваш лазерный диод (ЛД) к не стабилизированному (простому) блоку питания рекомендую воспользоваться схемой рисунок №5:
Рисунок №5 – Схема подключения ЛД к нестабилизированному источнику питания
С1– 10 мкФ
С2 – 47 пФ
С3,С4 – 10 нФ
R1 – 10 К
R2 – 1,5 К
R3 – 33 Ом
VT1 – ВС548
VT2 –BD675
VD1 – Лазерный диод
VD2 – 3,3 В/ 1,3Вт
Благодаря такому подключению лазерного диода можно предотвратить его выход из строя. Падение напряжения на резисторе R2 открывает транзистор VT 1, он управляет током базы транзистора VT 2. В контуре регулирования ток фотодиода колеблется около 400 мкА. Конденсатор С4 устраняет импульсные помехи, а емкостной делитель напряжения, состоящий из конденсаторов С2 и СЗ, обеспечивает запуск процесса регулирования сразу при подаче напряжения питания.
Мой вариант лазера:
Я тоже попробовал сделать лазер из DVD RW привода и хочу сразу вас предупредить, что идея хорошая, но реализовать её достаточно сложно. Разбирать рабочий DVD RW привод это глупо, а в поломанных приводах, как правило, лазерный диод уже палёный и восстановлению не подлежит. Даже если вам всё же удалось вынуть рабочий лазерный диод, то будьте готовы к тому, что к нему необходима специальная собирающая линза, так как сам по себе лазерный диод светит не сфокусировано. А что б сформировать требуемое расхождение луча вам понадобиться хорошая оптика. Линзы от DVD RW привод не дают желаемый эффект. Я просто купил готовый лазерный модуль типа HLDPM12-655-5 (в корпусе с оптикой и защитой от переполюсовки), и подключил его к обыкновенному блоку питания.
Рисунок №6 – HLDPM12-655-5 внешний вид 
Рисунок №7 – HLDPM12-655-5 подключённый к блоку питания 
Рисунок №8 – свечение лазера
Мощность моего лазерного диода всего 6 мВт (для моих целей этого было достаточно) но если вам необходимо прожигать отверстия в листке бумаги, то придётся покупать гораздо более мощный лазерный диод, который соответственно стоит дороже.
P.S.: Я постарался наглядно показать и описать не хитрые советы. Надеюсь, что хоть что-то вам пригодятся. Но это далеко не всё что возможно выдумать, так что дерзайте, и штудируйте сайт https://bip-mip.com/
- Термолобзик своими рукамиДля фигурного выпиливания в легкоплавких листовых материалах, удобно применять так.
- Регулируемый блок питания на стабилизаторе напряжения LM317Начинающему радиолюбителю просто не обойтись без хотя бы простейшего блока.
- Лестница своими рукамиЕсли вам необходимо добраться до какого, то предмета весящего на.
- Тиристорный регулятор яркости настольной лампыНе смотря на то, что лампы накаливания вымирающий вид:).
- Рабочее место своими рукамиВ сельской местности рабочее место может быть размещено в сарае.
При генерации лазерного излучения более важен не ток лазерного диода, а его напряжение. В момент подачи на анод положительного потенциала, начинается смещение p-n перехода по прямому направлению. Это начинается инжекция дырок из p-зоны в n и аналогичную инжекцию электронов в противоположном направлении. Близкое расположение электронов и дырок запускает их рекомбинаци. Данное действие сопровождается генерацией фотонов определённой длиной волны
Это физическое явление получило название спонтанного излучения и применительно к лазерным диодам считается основным способом генерации лазерного излучения. 
Полупроводниковый кристалл лазерного диода представляет собой тонкую прямоугольную пластинку. Деление на p и n части здесь осуществляется по принципу не слево направо, а сверху вниз. То есть, в верхней части кристаллав расположена p-область, а ниже — n-область.
Поэтому площадь p-n перехода достаточно велика. У лазерного диода торцевые стороны отполированы, т.к для формирования оптического резонатора (Фабри-Перо) необходимо наличие параллельных плоскостей максимальной гладкости. Перпендикулярно направленный в отношении одной из них фотон будет двигаться по всему оптическому волноводу, периодически отражаясь от боковых торцевых сторон, пока не выйдет из резонатора.
Во время такого движения фотон спровоцирует нескольких актов вынужденной рекомбинации, т.е генерирование аналогичных фотонов и тем самым усиливая лазерное излучение. В тот момент времени, когда усиление достаточно для перекрытия потерь, начинается лазерная генерация.
 |
Главная отличительная особенность между светодиодами и лазерными диодами – это ширина спектра излучения. Светодиоды имеют широкий спектр излучения, в то время как лазерные имеют очень узкий спектр.
Принцип работы обоих полупроводниковых источников базируется на явлении электролюминесценции—излучении света материалом, через который течет электрический ток, вызванный электрическим полем. Излучение вследствие электролюминесценции характеризуется сравнительно узким спектром шириной в 0,1…3 нм для лазерных диодов и 10…50 нм у светодиодов.
|
Для подключения лазерного диода необходима специальная электронная схема, называемая драйвером лазерного диода. На практическом примере ниже мы покажем, как своими руками собрать простой драйвер лазерного диода на основе стабилизатора напряжения LM317.
Драйвер это особая схема подключения, которая применяется для ограничения тока и дальнейшей подачи его на лазерный диод, чтобы он работал правильно и не сгорел при первом же включении, в случае если мы напрямую подключим его к блоку питания.
Если ток будет низким лазерный светодиод не включится из-за отсутствия необходимого уровня мощности. Таким образом, схема драйвера предназначена для обеспечения правильного токового номинала, при котором лазерный диод перейдет в свое рабочее состояние. Простому светодиоду хватит обычного резистора для ограничения тока, но в случае с лазерным нам понадобится схема подключения для ограничения и регулировки тока. Для этих целей отлично подойдет микросборка LM317.
Трехвыводная микросхема LM317 это типовой стабилизатор напряжения. На своем выходе он может выдавать напряжение от 1.25 до 37 вольт. Внешний вид LM317 с подписанными выводами представлен на изображении выше.
Микросхема является отличным регулируемым стабилизатором, иными словами можно легко изменять значение напряжения на выходе в зависимости от потребностей на выходе схемы, используя два внешних сопротивления, подключенные к линии регулировки (Adjust). Эти два резистора работают как делитель напряжения, применяемый для уменьшения уровня выходного напряжения.
Конструкцию за пять минут можно собрать на макетной плате. Работает схема так. Когда от батарейки начинает идти напряжение номиналом 9 вольт, оно сначала протекает через керамический конденсатор (0.1 мкФ). Эта емкость применяется для фильтрации высокочастотного шума от источника постоянного тока и обеспечивает входной сигнал для стабилизатора. Потенциометр (10 КОм) и сопротивления (330 Ом), подключенные к линии настройки, применяются в роли схемы ограничения напряжения. Выходное напряжение полностью зависит от значения этих сопротивлений. Выходное напряжение стабилизатора попадает на фильтр второго конденсатора. Эта емкость ведет себя как балансировщик мощности при фильтрации флуктуирующих сигналов. В результате можно изменять интенсивность лазерного излучения, вращая ручку потенциометра.
