DE2331084C2 - Anordnung zum Pumpen eines Diodenlasers - Google Patents
Anordnung zum Pumpen eines DiodenlasersInfo
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- H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Pumpen eines Diodenlasers mit einem Kondensator und mit
einer einen gesteuerten Schalter aufweisenden Vorrichtung zur wechselweisen Beladung des Kondensators
von einer Gleichspannungsquelle auf ein spezielles Energieniveau und Entladung des Kondensators durch
den Diodenlaser, wenn das spezielle Energieniveau des Kondensators erreicht worden ist, und mit einem
Transformator, dessen Primärwicklung mit der Gleichspannungsqueile
über eine impuisgesteuerie Transistorschakeinrichtung
und dessen Sekundärwicklung mit dem Kondensator über eine Gieichrichteranordnung
verbunden ist derart daß der Transformator ungeladen ist wenn die impulsgesteuerte Transistorschalteinrichtung
geschlossen ist und mit einem Steuerimpulsgenerator zum Anlegen von Steuerimpulsen an die
impulsgesteuerte Transistorschalteinrichtung derart daß diese periodisch während eines spezifischen
Zeitintervalls geschlossen ist
Eine derartige Anordnung ist durch die US-PS 33 71 232 bekanntgeworden. Sie erfordere eine genaue,
zeitlich abgestimmte Ansteuerung der Transistorschalteinrichtung mit der Kondensatorentladung, um den
Energieaustausch Transformator— Kondensator— Diodenlaser im notwendigen Rhythmus zu steuern, was
durch die bekannte Ansteuerung nicht gewährleistet ist
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs bezeichnete Anordnung so auszubilden, daß
die Ansteuerung des Transistorschaltkreises und des Kondensators verbessert wird.
Die Lösung dieser Aufgabe ge'ingt gemäß der Erfindung dadurch, daß der Steuerimp Jsgenerator eine
Anordnung zum Vorgeben der Transistorbasisversorgung und einen Rückführkreis von dem Transofrmator
zu der Basis des Transistors aufweist, um so einen selbstschwingenden Kreis vorzugeben, in welchem der
c ranSiStor pcfiGuiSCh Von den Steuerimpulsen während
des spezifischen Zeitintervalls leitend gesteuert wird, und daß eine Entlade-Steueranordnung vorgesehen ist
die so verschaltet ist daß sie periodisch den gesteuerten Schalter des Kondensator-Entladepfades in der Zeit in
der die gesteuerte Transistor-Schalteinrichtung geschlossen ist, ebenfalls schließt wobei die Entladesteueranordnung
den Transformator-Rückführkreis aufweist so daß die Steuerimpulse gleichzeitig dazu benutzt
werden, den gesteuerten Schalter des Kondensator- Emiadepfades zu steuern.
in der selbstschwingenden Anordnung zum Pumpen eines Lasers, bei der eine positive Kontrolle der
Laserimpulsentladung gegeben ist Es kann eine einzige Transformatorrückführwicklung dazu verwendet werden,
um gleichzeitig die Steuerimpulse an den gesteuerten Schalttransistor und an den Steuerschalter
des Kondensatorentladepfades heranzuführen, um so den Steuerschalter zeitweilig zu schließen, währenddessen
der impuisgesteuerte Schalttransistor geschlossen
ist.
Es ist bei Anordnungen vorstehender Art wichtig, daß die Entladung des Kondensators stattfindet, während-
dessen der Steuerschalttransistor leitend ist, daß heißt
während der Transformator nicht durch den Kondensator geladen wird. Die erfindungsgemäße Anordnung
löst dieses Problem auf sehr einfache und sehr wirksame
Weise.
In der US-PS 34 35 320 ist ein selbstschwingender Gleichspannungsumsetzer dargestellt; wenngleich dieser
Umsetzer prinzipiell als Laserpumpkreis benutzt werden könnte, so zeigt diese US-PS nicht, in welcher
Weise der geladpne Kondensator entladen werden soll.
Die bekannte Schaltung weist keinen Steuerschalter in einem Entladepfad auf, und es fehlt auch jeder Hinweis
dahingehend, daß ein Steuer-Entladeschalter über eine Rückführwicklung des Transformators d^s Umsetzers
gesteuert werden könnte.
Die erfindungsgemäße Anordnung beruht ■■·<' dem
Prinzip der periodischen ersten Speichen·"? eines vorbestimmten Energiebetrages in dnem Transformator
als magnetische Energie (im -entiichen ohne
irgendwelche Verluste) und de·- an^niiaBenden Übertragung
des vorgestimmten ü.iergiewertes zu dem
Kondensator (ebenfalls ohne irgendweiche wesentlichen
Verluste) und auf der Entladung des Kondensators durch den Diorienlaser nach einer oder meb-eren
Perioden dadurch, daß man den gesteuerten Schalter zum Schließen bringt, während gleichzeitig Energie im
Transformator während der folgenden Periode gespeichert wird. Die Speicherenergie in dem Transformator
wird vorzugsweise dadurch bewerkstelligt, daß man elektrisch eine Primärwicklung des Transformators an
eine Gleichspannungsquelle während eines vorbestimmten Zeitintervalls anschließt, während man den
Transformator in einem unbelasteten Zustand hält. Die in dem Transformator gespeicherte Energie wird auf
den Kondensator vorzugsweise dadurch übertragen, daß man elektrisch eine zweite Wicklung des Transformators
an den Kondensator während eines Zeitintervalls anschließt, während der die Primärwicklung des
Transformators nicht elektrisch mit der Gleichspannungsquelle in Verbindung steht Jn geeigneter Weise
wird die Ener-ie über einen dauernd angeschlossenen Koppel-Gleichrichter übertragen, der gewährleistet,
daß der Transformator unbelastet ist, wenn die Primärwicklung mit der Gleichspannungsquelle in
Verbindung steht Die letztgenannte Verbindung ist in geeigneter Weise mittels einer impulsgesteuerten
Schalteinrichtung, vorzugsweise eines Transistors, geschaffen, der mi*. Steuerimpulsen von eifern Steuerimpulsgenerator
gespeist ist In vorteilhafter Weise wird dieser Steuerimpulsgenerator auch zur Erzeugung von
synchronen Steuerimpulsen für den Thyristor im Entladepfad des Kondensates verwendet Auf diese
Weise wird es möglich, ein und dieselbe Steuerimpulsfolge zu verwenden, um gleichzeitig den Transistor in
seinen leitenden Schaltzustand für die Verbindung der Primärwicklung zur Gleichspannungsquelle zu schalten
und um Hf»n TmnQi^tnr 7.ir FntlaHiirnrHpc KnnHpncatnrc
durch den Diodenlaser in den leitenden Zustand zu schalten.
Der zuerst in dem Transformator gespeicherte Energiebetrag, der dann zum Kondensator während
jeder Fenoae übertragen wird, kann leicht cureh
Verändern des Zeitintervalls, währenddessen die" Primärwicklung
an der GleichspannungsqueHe liegt, gesteuert werden, oder — mit anderen Worten -*- durch
die Dauer der Steuerimpulse, die zu dem Transistor geführt werden, um ihii in seinen leitenden Zustand zu
bringen. Vorausgesetzt, daO der Transformator nrüht in
die Sättigung gebracht worden ist steigt somit der Strom durch die Primärwicklung des Transformators
linear mit der Zeit an; da die magnetische Energie des Transformators proportional dem Quadrat des Stromes
ist wird auch die magnetische Energie proportional dem Quadrat der Breite der Steuerimpulse sein. Offensichtlich
ist es auch möglich, die in dem Transformator gespeicherte magnetische Energie dadurch zu steuern,
daß man die Gleichspannung variiert, da die Neigung
ic der Stromkurve durch die Relation der Gleichspannung
zur Induktanz der Primärwicklung bestimmt ist
Die erfindungsgemäße Anordnung weist vorzugsweise einen Thyristor als gesteuerter Schalter in dem
Kondensatorentladepfad auf. Jedoch können auch andere Arten von gesteuerten Schaltern, wie z.B. ein
Lawinentransistor, verwendet werden. Insbesondere bei der Benutzung eines Thyristors kann es von Vorteil sein,
eine in Reihe liegende pnpn-Diode in der S-teuerimpuIs-Übertragungseinrichtung
zur Versteilerung der Thyristorsteuerimpuise einzuschalten. In gewissen Fällen
kann es auch vorteilhaft sein, in der Übertragungseinrichtung eine Einrichtung zum Unterdrücken einer
vorbestimmten Anzahl von Steuerimpu.jen zwischen
jeder Kondensatorentladung einzuschalten, d.h. der Thyristor kann dann beispielsweise nur nach tiner
vorbestimmten Anzahl von Energiespeicherperioden eingeschaltet werden. Zum Beispiel kann eine solche
Unterdrück^iigs-Einrichtung eine Impulszähleinrichtung
sein. Ferner kann die Impulsübertragungseinrich-
3U tung eine Torein.-ichtung einschließen, die getriggert
wird, wenn die Kondensatorspannung ein vorbestimmtes Niveau erreicht hat Die letztgenannten Lösungen
gestatten beide, daß beispielsweise der Thyristor bei einer speziellen Phasenlage eingeschaltet wird.
Weitere Vorteile und ausgestaltende Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles. Es zeigt
F i g. 1 ein Schaltungsschema einer Anordnung zum Pumpen eines Diodenlasers und
F i g. 2 ein ämpulsdiagramm zum besseren Verständnis der Betriebsart der Anordnung gemäß F i g. 1.
In der Anordnung gemäß F i g. 1 ist ein Diodenlaser 1
mit einem Kondensator 3 über einen gesteuerten Schalter, einen Thyristor 5 und einen kleinen Widerstand
7 in bekannter Weise verbunden; de/ Widerstand
ist Teil einer nicht dargestellten Schallung zur Überwachung des Pumpstromes. Der Kondensator 3
wird von einer GleichspannungsqueHe geladen, von der nur die Anschlüsse 9 und 11 gezeigt bind; die Aufladung
erfolgt über einen selbstschwingenden Schaltkreis mit einem Transformator 13, einem Transistor !5, einem
Widerstand 17 für die Ti tmsistorbasisversorgung, einem
Emitterwiderstand 18, einer ersten Diode 19, einem Kondensator 21 und einer zweiten Diode 23. Eine
Primärwicklung 25 des Transformators liegt zwischen dem Kollektor des Transistors 15 und ds™ Anschluß 9
der Gbichspannungsquelle. Eine RückkoppelwicKlung
27 des Transformators liegt an der Basis des 1 ransistors über die Diode 19 unJ. an dem anderen Anschluß 11 der
GleichspannungsqueHe. Der Kondensator ist an einer Sekundärwicklung 29 des Transformators über die
Diode 23 verbunden. Die Wicklungsrichtungen der
getrennten Transforrhatorwicklungen sind düroh Punk-
te an den Wicklungsenden markiert, die einander
entsprechen.
Der Thyristor 5 wird von. der Wicklung 27 über eine Differenzierschaltung, die einen Kondensator 31 und
einen Widerstand 33 aufweist, und Ober eine pnpn-Diodc
35, die in Reihe liegt, mit Steuerimpulsen versorgt.
Die Funktion der Anordnung, die in einer idealisierten Form durch das Impulsdiagramm der F i g. 2 dargestellt
ist, ist folgende: Zur Zeit U beginnt der Transistor 15 zu leiten und verbindet somit die Primärwicklung 25 mit
der Glcichspannungsqucllc über den Emifierwiderstand
18. Angesichts der Tatsache, daß die Diode 23 relativ zur
Spannung, die in der Sekundärwicklung hierdurch induziert ist, ίπ Umkehrrichtüng angeschlossen ist, wird
der Transformator entlastet, wobei der Strom //»durch die Primärwicklung 25, den Transistor 15, der gesättigt
ist, und den Widerstand 18 im wesentlichen linear mit der Zeit steigt an. Die Steigung der Stromkurve wird
durch das Verhältnis— zwischen der GleichsDannung V 1^
Lr
und der Primärwicklungsinduktanz L bestimmt, die als
konstant vorausgesetzt wird. Folglich steigt auch die Spannung Ur Ober dem Emitterwiderstand 18 linear mit
der Zeit an. Der Widerstand 18 ist jedoch so klein, daß in
die Spannung über der Primärwicklung 25 als konstant angesehen werden kann. Die Spannung Ut. die zur
Rückkopplungswicklung 27 transformiert wird, kann somit auch als im wesentlichen konstant angesehen
werden, wobei die Spannung ein gewisser Bruchteil der Spannung Ober der Primärwicklung ist.
Die Spannung an der Basis des Transistors 15 folgt im
wesentlichen der Emitterspannung Uc und ist anfangs kleiner ab Ut. weshalb die Diode 19 gesperrt ist.
Zum Zeitpunkt t? ist die Spannung an der Transistorbasis
gleich Ut. und die Diode 19 beginnt zu leiten. Folglich hat der Transistor 19 weiter keine ausreichende
ßasisvereorgung für die Sättigung, weshalb eine Umkehrung des Schaltzustandes auftritt, d.h. der
Transistor schaltet in seinen nicht leitenden Zustand. In dieser Situation ist die magnetische Energie des
Transformators
4-Ln
40
wobei Ip der Spitzenwert des Stromes durch die
Primärwicklung ist
Bei der Umkehrung oder beim Wechsel des Schatterzustandes tritt der magnetisierende Strom /sin
der Sekundärwicklung 29 des Transformators auf. wobei dieser Strom dem Kondensator 3 über die Diode 23
zugeführt wird Wenn man voraussetzt, daß die so Schaltung verlustfrei ist, steigt die Kondensatorspannung
sinusförmig an, während gleichzeitig der ctrom Is
sinusförmig abfällt, bis die magnetische Energie aus dem
Transformator abgeflossen ist. Di;s ist zum Zeitpunkt 6
der Fall, wobei die Energie in dem Kondensator
Wc = y CÜ\
dann gleich der magnetischen Energie W,„ ist, die vorher
im Transformator gespeichert war. Cist die Kapazität
des Kondensators, und Uc ist der Spitzenwert der
Kondensatorspannung.
Somit ist die Diode 23 zwischen den Zeitpunkten h
und tj leitend. Und deshalb folgt die Spannung über der
Sekundärwicklung 29 irri wesentlichen der Kondensa-(orspsinnung
Uc-Dk Spannung Ut, die zur Rückkopplungswicklung
27 übertragen ist. wechselt folglich die Polarität zum Zeitpunkt i:. sie ist dabei ein gewisser
Bruchteil der Spannung lh. Gleichzeitig ist die Diode 19 !eitend. und der Transistor wird in seinem nicht
leitenden Zustand gehalten.
Zum Zeitpunkt ti wird Λ, Null, und die Diode 23 sperrt.
Folglich werden die Spannungen über der Sekundärwicklung 29 und der Rückkopplungswicklung 27 /u Null,
die Diode 19 ist gesperrt; ein weiterer Wechsel wird
dadurch erhalten, daß der Transistor 15 wieder in seinen leitenden Zustand geschaltet wird. Der Kondensator 21
mit einer relativ niedrigen Impedanz verhindert, daß die Transformatorverlustinduktan/ eine schädliche Schwingung
hervorruft.
Zum Zeitpunkt /j ist somit die Primärwicklung 25 wieder an der Gleichspannungsquelle angeschlossen,
die — v.ie beschrieben — einen Spannungsimpuls über der Rückkoppiungswicklung 27 erzeugt. Dieser Impuls
wird zur D s'ferenzierschaltung übertragen, die aus dem
Kondensator 31 und dem Widerstand 33 besteht. Der kurze, auftretende Impuls, welcher der Anstiegsflanke
des Spannungsimpuls^ entspricht, wird durch die pnpn-Diode 35 noch steiler gemacht. Danach schaltet
der Impuls den Thyristor 5 ein, wodurch der Kondensator durch den Diodenlaser 1 entladen wird.
Folglich tritt der Pumpstromimpuls Ip unmittelbar nach dem Zeitpunkt /3 auf, während gleichzeitig die Energie
wieder in dem Transformator gespeichert zu werden beginnt. Hierbei ist der Transformatorsekundärstromkreis
ohne Belastung, was zweifellos bedeutet, daß der Thyristor abgeschaltet ist. wenn der Entladestrom unter
einen bestimmten Wert abfällt.
Wie erwähnt, bestimmen die Spannungen über dem Emitterwiderstand 18 und der Rückkoppiungswicklung
27 den Betrag, zu welchem der Strom Jp durch die Primärwicklung ansteigen kann, bevor die Umkehrung
des Schaltzustandes eintritt. Dies bedeutet, daß der leichteste Weg der Steuerung von Jp und folglich des
Pumpstromes durch den Diodenlaser in der Variation des Emlt'srwiderstandes besteht. Deshalb sollte der
Emitterwiderstand veränderbar sein. Als Alternative
kann die Gleichspannung zu dem gleichen Zweck variiert werden. In beiden Fällen wird auch die
Pumpfrequenz beeinflußt bzw. verändert.
Hierzu 2 Biatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Anordnung zum Pumpen eines Diodenlasers (1) mit einem Kondensator (3) und mit einer einen
gesteuerten Schalter (5) aufweisenden Vorrichtung zur wechseiweisen Beladung des Kondensators von
einer Gleichspannungsqueile (9, i I) suf ein spezielles
Energieniveau und Entladung des Kondensators durch den Diodenlaser, wenn das spezielle Energieniveau
des Kondensators erreicht worden ist und mit einem Transformator (13), dessen Primärwicklung
(25) mit der Gleichspannungsquelle über eine impulsgesteuerte Transistorschalteinrichtung (15)
und dessen Sekundärwicklung (29) mit dem Kondensator
über einer Gieichrichteranordnung (23) verbunden ist derart, daß der Transformator ungeladen
ist, wenn die impulsgesteuerte Transistcrschalteinriehtung
geschlossen ist, und mit einem Steuerimpulsgenerato
(17, 19, 27) zum Anlegen von Steuerimpulse, ι an die impulsgesteuerte Transistorschalteinrichtung
(15) derart, daß dieses periodisch während eines spezifischen Zeitintervalls geschlossen
ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerimpulsgenerator eine Anordnung (17) zum
vorgeben der Transistorbasisversorgung und einen Rückführkreis (27, 19) von dem Transformator (13)
zu der Basis des Transistors aufweist, um so einen selbstschwingenden Kreis vorzugeben, in welchem
der Transistor periodisch von den Steuerimpulsen während d?s spezifischen Zeitintervalls leitend
gesteuert wird, Uiid daß eine Enilade-Steueranordnung
(27,31,33,35) vorgesehen ist. die so verschaltet
ist daß sie periodisch den gesteuerten Schalter (5) des Kondensator-EntiadepfBite., in der Zeit, in der
die gesteuerte Transistor-Schalteinrichtung (15) geschlossen ist ebenfalls schließt wobei die
Entladesteueranordnung (27, 31, 33, 35) den Transformator-Rückführkreis (27) aufweist so daß
die Steuerimpulse gleichzeitig dazu benutzt werden, den gesteuerten Schalter (5) des Kondensator-Entladepfades
zu steuern.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
daß die Primärwindung (25) des Transformators zwischen den Kollektor des Transistors (15)
und einen Anschluß (9) der Spannungsquelle geschaltet ist, daß ein Emitterwiderstand (18)
zwischen den Emitter des Transistors und den anderen Anschluß (11) der Spannungsquelle geschaltet
ist und daß der Rückführkreis eine Rückführwicklung (25) des Transformators (!3) aufweist, die über
eine Diode (19) mit der Basis des Transistors (15) und mit dem anderen Anschluß (11) der Spannungsquelle
verbunden ist
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn-
z.cil~iiiici, uau cm EvuiiuciiäätOi \λι/ ZwiaCiicFi uic
Basis des Transistors (15) und den anderen Anschluß (11) der Spannungsquelle geschaltet ist
4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladesteueranordnung
der Rückführwicklung (27) und eine Anordnung (31, 33,35) zum Übertragen der Steuerimpulse von der
Rückführwicklung auf den gesteuerten Schalter (5) des tntladepfades des Kondensators (3) aufweist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß iier gesteuerte Schalter
(5) ein Thyristor ist
6. Anordnung nach Anspruch 4 und 5, dadurch
gekennzeichnet daß die Obertragungsanordnung
(31,33,35) eine in Reihe geschaltete pnpn-Diode (35) zur Versteilerung des Thyristor-Steuerimpulses
aufweist
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- 1973-06-26 CH CH928173A patent/CH563069A5/xx not_active IP Right Cessation
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- 1973-07-03 NL NLAANVRAGE7309261,A patent/NL179325C/xx not_active IP Right Cessation
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