Frage:
Ansteuern einer LED / Laserdiode mit einem HF-Signal bis zu 20 MHz
gallamine
2012-01-04 05:37:54 UTC
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Ich versuche, eine Schaltung zu entwerfen, mit der ich einen LED- oder Diodenlaser mit einem HF-Signal von bis zu ~ 20 MHz oder so ansteuern kann. Da das optische Gerät mit einem Gleichstrom vorgespannt werden muss, ist eine Vorspannung -t eine natürliche Wahl. Ich hatte vor, einen GALI-84 + -Verstärker von Minicircuits zu verwenden, um mein HF-Signal zu verstärken und es dann an eine Bias-T-Schaltung weiterzuleiten, als ich mir den Schaltplan für die -Evalierung ansah Bei der Platine für den GALI-84 + habe ich festgestellt, dass der Ausgang des Verstärkers mit einer Induktivität und einer Gleichstromversorgung vorgespannt ist, bevor er mit einem Kondensator an den Ausgang mit Wechselstrom gekoppelt wird.

I. Wenden Sie sich an Minicircuits und fragen Sie, ob ich den Koppelkondensator entfernen und diese Schaltung verwenden könnte, um die Diode gleichzeitig vorzuspannen und mein Signal zu verstärken. Sie sagten jedoch:

Der GALI-84 + ist ein HF-Verstärker 50 Ohm Lasten anzutreiben. Um eine LED anzusteuern, müssen Sie den Verstärker konventionell konfigurieren, das HF-Ausgangssignal mit einem einfachen Diodendetektor erfassen und damit einen Transistor mit der LED im Kollektor einschalten.

Sie beschrieben den Diodendetektor als "eine Serien-Kleinsignal-Shottkydiode, die einen 1K-Widerstand gegen Masse speist" und dann den Shottky mit der Basis eines Transistors verbindet.

Nun bin ich verwirrt:

1) Warum einen Diodendetektor verwenden? 2) Kann ich etwas beschädigen, wenn ich mit der GALI eine Last ohne 50 Ohm direkt ansteuere?

Update Gibt es etwas? Gibt es einen Grund, warum ich diese Konfiguration nicht zum Ansteuern meiner LED verwenden kann? Wäre dies nicht geeignet, um einen variablen Strom anzutreiben, da der Verstärker ein Darlington-Paar zu sein scheint? Der nicht handgezeichnete Teil ist das Gali-84 + -Schema aus dem Datenblatt.

enter image description here

Update Einige Details zu den Einzelheiten. Ich muss einen Diodenlaser mit bis zu 200 mA Strom tauchen. Der Laser schaltet sich bei ca. 4 V und 40 mA Strom ein und treibt ca. 200 mA bei 5,5 V an. Ich muss den Laser vorspannen (über der Einschaltspannung) und ihn mit einem Wechselstromsignal ansteuern. Also Vorspannung bei 4,75 V und Fahren mit einem Strom von +/- 100 mA oder +/- 0,5 V. Die Diode wird aus BlueRay-DVD-Playern extrahiert, weshalb ich keine detaillierten Angaben zu ihrem Verhalten habe.

Danke.

Sie denken, Sie möchten ihren 6-GHz-Verstärker verwenden, um 6-GHz-Signale zu verstärken. Sie wissen, dass Sie eine LED bei 6 GHz nicht schalten können. Sie denken, Sie wollen nur die LED für eine "Signal vorhanden" -Anzeige.
Sie könnten wahrscheinlich mit einem viel weniger ausgefallenen Teil tun, was Sie wollen. Aber wenn Sie diesen Teil wirklich verwenden möchten, kosten sie jeweils nur 2 US-Dollar. Ich sehe keinen Grund, es nicht einfach zu versuchen.
RE: Kopfgeld. Ob die gesamte Schaltung funktioniert, hängt von der Kapazität der LED und anderen Faktoren ab, die Sie nicht bekannt gegeben haben. In der Zeit, seit Sie die Frage gestellt haben, hätten Sie die Schaltung bauen und testen können. Es ist kein teurer Teil. Warum nicht einfach testen?
Ich habe einige Details hinzugefügt. Ich habe es nicht getestet, weil ich nur einen begrenzten Vorrat an Lasern habe und es mir nicht leisten kann, sie in die Luft zu jagen. Wollte zuerst einige informierte Meinungen bekommen.
Ein Datenblatt für den Laser (oder die LED? Welches ist es?), Den Sie verwenden, wäre sehr hilfreich, wenn Sie weitere hilfreiche Antworten wünschen.
Vier antworten:
#1
+7
Olin Lathrop
2012-01-04 06:23:50 UTC
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Ich verfolge nicht genau, was diese Minicircuits-Sache ist, aber es hört sich so an, als ob sie dachten, Sie möchten eine LED einschalten, wenn RF vorhanden ist, daher der Detektor. Anscheinend möchten Sie die LED tatsächlich mit 20 MHz betreiben.

Bei dieser Geschwindigkeit ist es eine gute Idee, die LED aktiv auszuschalten und nicht nur einzuschalten. Ich habe das noch nicht ausprobiert, aber dieser Doppelemitter-Follower könnte das tun, was Sie brauchen:

Wenn der digitale Ausgang 5 V hat, sollten ungefähr 4,3 V an sein der Emitter von Q1, der ausreichen sollte, um die LED über R1 einzuschalten. Wenn D1 zum Beispiel ungefähr 2 V benötigt, erlaubt R1 von 47 Ω ungefähr 50 mA durch die LED. Natürlich müssen Sie dies für Ihre spezielle LED anpassen. Beachten Sie, dass Sie es mit dem doppelten durchschnittlichen Nennstrom betreiben können, da Sie dies die Hälfte der Zeit tun.

Wenn der digitale Ausgang niedrig wird, geht der Emitter von Q2 auf etwa 700 mV. Das ist viel weniger als das, was zum Einschalten der LED erforderlich ist, und entfernt aktiv etwas Ladung, um die LED schneller auszuschalten. Ein gewöhnliches 5-V-CMOS-Logikgatter sollte diese Schaltung ansteuern können. Ich weiß nicht, warum du denkst, dass du dort eine Art Verstärker brauchst.

Hinzugefügt:

Die Schaltung, die du zeigst, funktioniert, um die LED anzusteuern, da sie 0 zu einigen ansteuern kann Maximaler Strom durch die LED in Abhängigkeit vom Steuersignal. Die große Frage ist jedoch, wie gut es bei 20 MHz funktionieren wird. Bei dieser Frequenz muss man daran denken, dass Halbleiter aktiv ausgeschaltet und nicht nur eingeschaltet werden. Sie müssen die LED nicht aktiv ausschalten (dafür ist Q2 in meiner Schaltung vorgesehen). Sie müssen an beiden Transistorbasen Widerstände gegen Masse haben, aber Sie müssen die Werte sorgfältig überlegen, um sicherzustellen, dass sich die Transistoren schnell genug ausschalten.

Sie haben nicht gesagt, wie hoch der maximale LED-Strom sein muss, daher kann ich nicht sagen, ob Sie wirklich die Verstärkung von zwei Transistoren benötigen, um einen kontrollierten Strom zu senken. Wenn der Strom nicht wirklich hoch ist (100s oder mA oder mehr), ist die Verstärkung eines einzelnen Transistors wahrscheinlich genug und es ist einfacher, einen einzelnen Transistor effektiv mit 20 MHz anzusteuern.

Hinzugefügt 2:

Sie sagen jetzt, Sie möchten die Diode im linearen Modus mit einer Vorspannung von 125 mA und einem Signalpegel von + -75 mA betreiben. Hier ist etwas, das funktionieren könnte. Ich sage "könnte", weil es zu viele Unbekannte gibt, insbesondere bei 20 MHz. Sie müssen testen und anpassen, je nachdem, was Sie finden:

Q1 wirkt wie eine spannungsgesteuerte Stromsenke. R2 wird eingestellt, um den richtigen Vorspannungsstrom ohne HF-Signal zu erhalten. Wenn 5 Vss Wechselstrom zu der 5-V-Vorspannung an der Basis von Q1 hinzugefügt werden, sollte der Strom ungefähr über den gewünschten Bereich variieren.

C2 ist nur für ein bisschen bessere Geschwindigkeit. Ich habe einen groben Stich bei einem plausiblen Wert gemacht, aber Sie müssen experimentieren, um zu sehen, was in Ihrem Setup am besten funktioniert. Es hängt davon ab, wie langsam der Transistor wirklich ist. Da die LED im linearen Modus betrieben wird, werden beim Absenken des Stroms keine Ladungen aktiv von der Verbindungsstelle entfernt. Die tatsächliche Lichtleistung wird daher wahrscheinlich etwas hinter dem abnehmenden Strom zurückbleiben. Wie viel hängt von Dingen ab, die wir derzeit noch nicht kennen. C2 bewirkt, dass der Strom die Eingangsspannung ein wenig vorführt, um die Langsamkeit der Diode und des Transistors zu kompensieren

Danke für die ausführliche Antwort Olin. Ich möchte meine LED / meinen Laser gezielt vorspannen und dann mit einem HF-Signal (Subträger-Intensitätsmodulation) modulieren. Ich kann nicht sagen, ob Ihre Schaltung mit linearer Kleinsignalmodulation gut funktioniert.
@gallamine: Was ich gezeigt habe, dient zum Ein- und Ausschalten der LED. Du willst es mit einer Sinuswelle fahren oder so? Warum?
Ich benutze es für die optische Kommunikation im freien Raum. Ich muss ein HF-Signal mit der optischen Intensität senden.
Sie werden keine Laserdiode mit einer Sinuswelle ansteuern können. Außerdem ist dieser MMIC-Verstärker für den Betrieb der Klasse A ausgelegt, wobei die Transistoren jederzeit eingeschaltet sind. Sie könnten versuchen, es in Klasse C vorzuspannen, aber das Darlington-Paar kann möglicherweise nicht einmal mit 20 MHz ein- und ausschalten ... und wie Olin sagt, müssen Sie den Ausgang immer noch aktiv herunterziehen.
@gallamine: "Freespace Optical Communication" erklärt nicht, warum Sie die LED anders als ein / aus ansteuern müssen.
Olin, ich mache eine Unterträger-Intensitätsmodulation mit einem HF-Unterträger am Laserintensitätsausgang. Die vorgespannte Intensität der Lichtquelle ist proportional zur HF-Eingangsspannung.
@JohnMiles eigentlich treibe ich diese LEDs und Laser die ganze Zeit mit HF-Signalen an. Sie müssen sie nur zuerst voreingenommen machen. Ich versuche, die einzelnen Komponenten auf die Bank zu nehmen und eine benutzerdefinierte Leiterplatte herzustellen. Ich verwende den GAL-84 + in Verbindung mit einem HF-Bias-t, aber ich versuche, die Dinge zu vereinfachen und den zweiten Bias-T zu entfernen.
Transistoren in diesem Schema gehen in die Sättigung und ihre Ausschaltzeiten wären bis zu 300 ns => sehr weit von 20 MHz entfernt.
@OlinLathrop Ich muss meinen Diodenlaser mit einer Vorspannung von 125 mA und einem maximalen Signal von +/- 75 mA tauchen.
@OlinLathrop gibt es ein bestimmtes Q1, das Sie empfehlen würden? Vielen Dank!
@gallamine: Es reicht aus, nach einer angemessenen Verstärkung bei 20 MHz zu fragen, damit ich mir die Datenblätter ansehen und nicht nur einen bekannten Teil auswählen kann. Diese Anforderung sollte nicht so schwer zu erfüllen sein, aber da ich mich nicht speziell danach umgesehen habe, kann ich keinen Teil empfehlen.
#2
+6
Bitrex
2012-01-10 01:52:29 UTC
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Hier ist eine schnelle Schaltung, die ich in LTSpice entwickelt habe und die eine LED oder Laserdiode auf 20 MHz ansteuern soll, vorausgesetzt, das Gerät kann Folgendes:

enter image description here

Hier ist der Strom in die LED bei 20 MHz für 1 Volt p2p-Eingang:

LEDDriverOutput

Ich habe diese Schaltung im wirklichen Leben nicht getestet - beschuldigen Sie mich nicht, wenn es explodiert! Die einzelnen Komponenten sollten nicht wirklich kritisch sein, außer um die Verlustleistung im Auge zu behalten. Die 2N2222 im Differentialpaar (Q1 und Q2) sind für eine Sinuswelle bei 20 MHz ausreichend schnell, werden jedoch in Bezug auf die Verlustleistung nahe an den Grenzen betrieben und sollten wahrscheinlich an einen kleinen Kühlkörper angeschlossen werden. Q6 verbraucht ungefähr ein Watt und sollte eine Art kleiner Leistungstransistor in einem TO-220-Gehäuse sein, um die Verlustleistung zu bewältigen. Ich stelle mir vor, dass das Schaltungslayout sorgfältig durchgeführt werden muss, um die besten Ergebnisse zu erzielen.

Die beiden Operationsverstärkerabschnitte sind ein Bias-Servo und können wie ein LM358 ein beliebiger Operationsverstärker mit zwei Einzelversorgungen sein. Dies ist eine Art schneller Hack, wahrscheinlich nicht optimiert und hat keine netten Funktionen; Der Ausgangsstrom wird verzerrt, weil es keine globale Rückkopplung von der Diode gibt, keine Schutzschaltung für die Diode usw.

Entwerfen eines Modulators, der alle Schnickschnack enthält und auch mit 20 MHz arbeitet höchstwahrscheinlich eine nicht triviale Aufgabe!

Ich fühle mich so dumm, wenn ich solche Antworten sehe
@abdullahkahraman Es ist nicht zu kompliziert, wenn Sie die Operationsverstärker und das Zeug wegnehmen. Es ist im Grunde nur ein Differenzverstärker Q1 und Q2 mit einem Treibertransistor Q3. Q5 und Q6 sind Stromquellen, die zum Einstellen der Vorspannung der Transistoren verwendet werden. Die Operationsverstärker sind ein Vorspannungsservo, das die Spannungen an den beiden Differenztransistorbasen vergleicht und tiefpassfiltert und sicherstellt, dass am Ruhepunkt immer ein nahezu gleicher Strom durch beide fließt.
@Bitrex, funktioniert die Schaltung noch, wenn die 2n2222 nicht gut übereinstimmen? Mir wurde immer beigebracht, dass Diff-Verstärker wie dieser (mit Diskreten implementiert) in der Simulation funktionieren, aber aufgrund von Nichtübereinstimmungsproblemen nicht im wirklichen Leben. Aber ich habe es im wirklichen Leben noch nie versucht, und die Einheitlichkeit der Teile könnte besser sein als ich erwartet habe.
@ThePhoton Durch Hinzufügen der Emitter-Degenerationswiderstände R1 und R2 wird das Differentialpaar unempfindlich gegenüber Geräteparametern. Wenn Sie nur zwei diskrete 2N2222-Transistoren an den Emittern zusammenkleben und die gleiche Spannung an ihren Basen in einem Differenzpaar anbringen und ihre Eigenschaften nicht übereinstimmen, teilen sie sich möglicherweise den Strom nicht sehr gut. Das Hinzufügen von negativem Feedback (Degeneration) verbessert die Dinge erheblich. In der Simulation können Sie tatsächlich völlig unterschiedliche Arten von Transistoren verwenden (wie 2N2222 und 2N3904), und der Strom ist nur um einige mA ausgeschaltet.
@ThePhoton Degeneration führt auch zu einer geringeren Verzerrung. Der Kompromiss hierfür ist natürlich eine geringere Verstärkung, aber es werden ständig unübertroffene diskrete Differentialpaare mit Emitterdegeneration verwendet. In einigen Schaltkreisen (wie Exponential- und Protokollkonvertern) ist das Hinzufügen von Degeneration keine Option. Sie müssen daher die Geräteeigenschaften anpassen oder einen IC verwenden, der Paare an Bord hat, wie z. B. einen CA3046: http://www.intersil.com/ data / fn / fn341.pdf
#3
+1
BarsMonster
2012-01-09 09:42:36 UTC
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Bitte werfen Sie einen Blick auf meine Frage BJT-Push-Pull-Modifikation, wie man BJT schnell fährt. Ihr Darlington-Paar wäre sehr langsam, das Abschalten würde bis zu 100ns-300ns betragen.

Der zweite Punkt ist, dass Sie Ihre LED nicht vollständig ausschalten sollten, da dies das nächste Einschalten verlangsamen würde. Sie müssen der LED immer einen sehr kleinen Strom zuführen, z. B. 0,1-1 mA, damit dieser sehr leicht leuchtet.

Wenn Sie aus meiner Frage die beste Push-Pull-Schaltung erhalten und das Signal an eine schnelle Leitung weiterleiten Diode (1N4148 sollte die Arbeit mit 2-4 ns-Zeit erledigen) & Strombegrenzungswiderstand. Das einzige, was Sie hinzufügen müssten, ist ein hochwertiger Widerstand (ca. 10k-100k) vom VCC und dann eine Diode zu Ihrer LED. Die Idee ist, dass, wenn die LED von BJTs ausgeschaltet wird, ein kleiner Strom von VCC durch einen hochwertigen Widerstand erhalten wird.

Der Diodenlaser muss auf +40 mA vorgespannt werden, um ein Einschalten zu erreichen. Ich mag Ihre Antwort, aber sie sieht ziemlich komplex aus, und ich habe einen kurzen Zeitrahmen, um die Dinge "gut genug" zum Laufen zu bringen. Haben Sie einen Einblick in die spezielle Verwendung des GALI-84 + zum Ansteuern eines Diodenlasers oder einer LED? Vielen Dank!
#4
  0
The Photon
2012-01-06 23:58:16 UTC
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Das Hauptproblem, das ich sehe, ist, dass bei dem, was Sie vorschlagen, die LED-Vorspannung gleich der Vorspannung des HF-Verstärkers ist. Wenn sich die ideale Vorspannung für den Verstärker von der idealen Vorspannung für die LED unterscheidet, müssen Sie einen Kompromiss eingehen oder experimentieren, um herauszufinden, was am besten funktioniert.

Außerdem ist der Verstärker so ausgelegt, dass er die angegebene Verstärkung liefert, wenn er eine HF-Last von 50 Ohm hat, jedoch unabhängig von der spezifizierten Gleichstromlast, die eine Vorspannung liefert. Sie werden es nicht mit der vorgesehenen HF-Last betreiben, daher entspricht die erzielte Verstärkung nicht den Angaben im Datenblatt. Wenn der Strombegrenzungswiderstand größer als 50 Ohm ist, erhalten Sie wahrscheinlich mehr Verstärkung als erwartet und weniger Bandbreite.

Trotzdem handelt es sich um einen Verstärker mit hoher Verstärkung, der für 6 GHz ausgelegt ist und bei 20 MHz verwendet wird. Es besteht eine gute Möglichkeit, dass er angemessen funktioniert.

Bearbeiten

Sie erwähnen, dass Sie besorgt sind, Ihren Laser zu beschädigen, den Sie nur begrenzt zur Verfügung haben. Nichts in dieser Schaltung kann Ihren Laser beschädigen. Dinge, die Ihren Laser wahrscheinlich beschädigen, sind

  • Überspannung, einschließlich Stromversorgungsstörungen und Einschalttransienten
  • Überstrom
  • ESD
  • Übertemperatur

Wie man damit umgeht, wäre eine separate Frage.

An einer Stelle sagen Sie, Sie möchten die LED / den Laser vorspannen bei 100 mA sagen Sie bei einem anderen 125 mA und bei einem anderen 200 mA. Da der Verstärker einen maximalen Vorspannungsstrom von 160 mA hat, können Sie mit diesem Schema keine 200 mA erzeugen. Wenn Sie 100 mA wollen, sind Sie in sehr guter Verfassung, das ist genau der empfohlene Vorspannungsstrom für den Verstärker. Wenn Sie 125 mA wünschen, sind Sie wahrscheinlich in Ordnung, aber Sie betreiben den Verstärker nicht unter den empfohlenen Betriebsbedingungen, sodass die Leistung oder Zuverlässigkeit beeinträchtigt werden kann, und Sie sollten besonders darauf achten, dass der Verstärker wärmesenkt.

Ich habe gerade gesehen, dass der empfohlene Betriebsstrom für den Verstärker 100 mA beträgt. Das könnte für eine Hochgeschwindigkeits-LED etwas hoch sein ... Wenn Sie wissen möchten, wie sich der Verstärker mit einer Vorspannung von 50 oder 25 mA verhält, wird MCL es Ihnen nicht sagen - Sie müssen selbst experimentieren.
Diodenlaser arbeiten mit diesem Strom. Auch die Hochleistungs-LEDs wie der Cree XR7090 arbeiten mit 700 mA und haben eine Betriebsbandbreite von 10 MHz (voll ein, voll aus) und ein Produkt mit Verstärkungsbandbreite von bis zu 80 MHz.
Ist das die LED, die Sie verwenden? Wenn Sie eine andere LED verwenden, sind 100 mA möglicherweise zu viel. oder vielleicht auch nicht.
Im Cree XR7090-Datenblatt (http://www.cree.com/products/pdf/XLamp7090XR.pdf) sehe ich übrigens keinen Anspruch auf eine Schaltbandbreite von 10 MHz oder sogar eine Kapazitätsspezifikation, die darauf hindeutet, dass 10 MHz möglich ist . Es kann möglich sein, dieses Gerät mit dieser Geschwindigkeit zu schalten, möglicherweise mit einer Schaltung wie Olins erstem Vorschlag; aber es würde wahrscheinlich einige ernsthaft bullige Treibertransistoren brauchen, um es zu tun, oder vielleicht eine Art Resonanzkreis.
Cree entwirft sie nicht für die Kommunikation, sondern nur für die Beleuchtung. Sie wurden jedoch erfolgreich für die 10-Mbit / s-Basisbandkommunikation und 80 Mbit / s mit Entzerrung verwendet, und ich habe ihre HF-Antwort bis zu 15 MHz getestet. Kann Referenzen bereitstellen, wenn Sie möchten. Ich mache mir mehr Sorgen um den Antrieb der Laserdiode.


Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 3.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
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