基于stm32的半导体激光器驱动电路的设计

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1、分类号：TN248.4单位代码：10183研究生学号：2013512019密级：公开吉林大学硕士学位论文（学术学位）基于STM32的半导体激光器驱动电路的设计STM32-BasedDriveCircuitDesignedforSemiconductorLaserDiodes作者姓名：孔庆楠专业：电路与系统研究方向：非电信号处理与嵌入式系统指导教师：秦伟平教授培养单位：电子科学与工程学院2016年6月基于STM32的半导体激光器驱动电路的设计STM32-BasedDriveCircuitDesignedforSemiconduc

2、torLaserDiodes作者姓名：孔庆楠专业名称：电路与系统指导教师：秦伟平教授学位类别：工学硕士答辩日期：2016年6月1日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出Ｓ、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博±（或硕±）学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导。下，独立进行研究工作所取得的成果除文中已经

3、注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：曰期：年占月＾之节／台摘要基于STM32的半导体激光器驱动电路的设计摘要半导体激光器作为精密的光电器件，工作时需要稳定的驱动电流和恒定的工作温度。驱动电流决定半导体激光器的输出功率，工作温度影响输出激光的中心波长。以LC96P系列半导体激光器为例，发射波长随温度的变化为0.02nm/ºC。因此，为了保证半导体

4、激光器输出功率和发射波长的稳定性，设计专用的驱动电路就显得尤为必要。LC96P系列半导体激光器采用14脚蝶形封装，主要用作掺铒光纤放大器的泵浦源。本文针对LC96P的特性，设计了恒流驱动电路和温度控制电路。首先，本文介绍了半导体激光器的应用和发展历程，以及国内外半导体激光器驱动技术的研究现状。其次，本文介绍了恒流驱动电路的设计。主要包括供电电源的选取、恒流驱动电路原理与分析、激光器保护电路设计、元器件选择等部分。本文设计的恒流驱动电路是连续式的压控恒流源，主要由运算放大器、功率场效应管和电流采样电阻等元件构成。设计中，我们运用

5、运算放大器的电压负反馈原理，使电路形成稳定的闭环控制。此外，本文还使用4路场效应管并联，设计了更大电流的恒流源电路。再次，本文介绍了温度控制电路的设计。包括电源设计、温度控制系统的实现和比例-积分-微分算法的研究等。温度控制系统分为温度采集和温度控制两部分。温度采集部分的主要内容是热敏电阻阻值的测量。由于阻值不便直接测量，本文先使用惠斯通电桥将阻值转换为电压值，再将该电压经运算放大器放大，然后由模数转换器测量。温度控制部分的主要内容是半导体制冷器驱动电路的设计。使用数模转换器控制MAX1968芯片，由MAX1968输出双向的电

6、流，再以该电流驱动半导体制冷器，实现对激光器的制冷和制热。最后，本文介绍了基于STM32的控制与人机接口设计。在恒流驱动电路部分，STM32负责电流采样值的读取与显示，以及数控电压的输出。在温度控制部分，STM32负责温度信号的采集与处理，以及结合比例-积分-微分算法的激光器温度控制。在人机接口方面，主要实现了设置保存、按键输入与显示。I摘要实验测试的结果表明，本文设计的恒流驱动电路能够为LC96P激光器提供0~950mA的驱动电流；采用4路场效应管并联的压控恒流源以整流二极管作为模拟负载，最大输出电流达到10A。温度控制电路

7、能够将LC96P激光器的工作温度控制在25ºC，控制精度±0.1ºC。关键词：半导体激光器驱动，STM32，压控恒流源，TEC温控IIAbstractSTM32-BasedDriveCircuitDesignedforSemiconductorLaserDiodesAbstractAsapreciseoptoelectronicdevice,thesemiconductorlasershouldbeoperatedinastabledrivecurrentandaconstanttemperature.Theoutputpow

8、erofasemiconductorlaserdependsonthedrivecurrent.Meanwhile,thecentralwavelengthissensitivetotheoperatingtemperature.TakingLC96Pseriesasexam