Собрал стабилизатор оптической мощности лазера. Желаемая мощность выставляется "опорным напряжением", предполгается что петля настроит мощность лазера так, что напряжение на фотодиоде уравняется с "опорным".
Самое интересное, что средняя мощность все таки держится. Но присутствует колебательный процесс в петле. Вроде бы здесь ООС. Может я не прав? Частота колебаний 1.3 МГц. Колебания на базе первого диода чуть отстают по фазе (градусов на 45) от колебаний на фотодиоде(и резисторе).
Перемена местами фотодиода и резистора приводит к насыщению выходных каскадов намертво, схема или включается или выключается, ничего не регулируется!!
Как убрать колебания???????

postav konder paralelno R12 gde to 500 pf - 1 nf (ili podberi sam v zavisimosti ot skorosti deystviya petli ).

Что-то схема какая-то сложная - целый ПИ-регулятор, если правильно понял. Зачем он там? Для вас так важна статическая ошибка? С ПИ-регулятором повозиться придется - коэффициенты подбирать, на эту тему есть несколько методик. Советую прежде чем паять эти вещи сначала помоделировать в спайсе, микрокапе или любом другом электронном симуляторе. И все-таки не лишне подумать, надо ли именно ПИ-регулятор или хватит обычного П.

Успокоился! В общем с емкостью 1 нФ петля стабильна - но если только лазер на выход последнего операционника повесить. Если подключать выходные транзисторы, то пришлось на два порядка емкость увеличить. Может с транзюками хватит и меньше, нет времени на эксперименты и на расчеты.

Я в принципе емкость и до этого туда лепил, но видать маловато была (расчеты обманули).



Да, это ПИ-рег, так как нужна маленькая стат. ошибка. Просто надо иметь 256 стабилизированных значений мощности лазера. Пробовал в микрокапе - там все нормально было, наверное модель у меня упрощенная была.
Может Вы посоветуете что нибудь качестсвенное по П, ПИ, ПИД регуляторам на русском. Титце и Шенка не предлагать, читал

Всем спасибо за советы!

Вот ссылка с достойным описанием настройки ПИДа, но на английском (с приведенной спайс-моделью). Гляньте, может поможет.
http://www.ecircuitcenter.com/Circuits/pid1/pid1.htm

А как у вас с температурной стабильностью диода? Она может вносить неприятное низкочастотное запаздывание в петлю. Каковы частоты генерации и полосы операционников? Фотодиод успевает?

На низких частотах - прав, а на высоких - не прав. :-)
За счёт запаздывания сигнала ООС в конце-концов становится ПОС.

Для возникновения генерации необходимо чтобы суммарный коэффициент передачи во всей петле (стабилизатор -> лазер -> фотодиод) был равен 1, а фазовый сдвиг 0 (т.е. 360) градусов.
Сама схема стабилизатора,по Вашим словам, сдвигает фазу на 45 градусов , ещё 180 градусов даёт соответствующая полярность включения фотодиода, стало быть от лазера до фотодиода набегает 360-180-45=135 градусов.
Период колебаний T=1/1.3МГц=0.77мкс, 135 градусов соответствуют задержке T*135/360=0.29мкс.
Как бороться? Простейший способ - уменьшить общее усиление, чтобы на частотах, где суммарный фазовый сдвиг подбирается к 360 градусам суммарное усиление было заведомо меньше 1 (собственно это и происходит при исключении из схемы выходных транзисторов).
Или вводить частотную коррекцию для компенсации запаздывания.
В Титце-Шенке, как и в Хоровице с Хиллом эта тема - устойчивость усилителей с обратной связью и частотная коррекция - более-менее рассмотрена.

1. Библиотека инженера. Теоретические основы построения эффективных АСУ ТП
2. см. раздел "Автоматика и Проектрирование п/п"

Список впечатляющий, но к сожалению, очень много "мёртвых" ссылок Почему?

На мой взгляд, схема не очень удачна - сильно перегружена ненужными компонентами. Не следует забывать, что каждый каскад усиления, буть то опер или транзистор (особенно в Вашем включении), вносят временнУю задержку в петлю регулирования. Вообще удивительно, что удалось добиться устойчивости схемы (готов спорить, что переходный процесс все же очень плох). Вместо этого предлагаю следующую схему ПИ-регулятора (точнее, ее эскиз).
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Питание может быть даже однополярным, а ожидаемое качество регулирования будет выше, чем в Вашей схеме. Если интересно, предлагаю обсудить подробнее.

Stanislav, скажу Вам как художник художнику (с) Ваш эскиз - шедевр в стиле минимализма.
Должно работать.

Нельзя ли пояснить, вкратце, этот момент? "стат." - "статистическая" или "статическая"? И почему, всё-таки, ПИ-регулятор? Простите за невежество.

А где можно взять модель лазерной пары?

Это раззи ПИ регулятор? Насколько мои скромные познания в этой области позволяют мне судить, это И регулятор - пропроционального звена тут нет.

Как это нет? Не поленитесь посчитать передаточную функцию - все станет ясно.

Или кондер замкните, если считать лень...

А как, кстати, рассчитать параметры RC в цепи ОС, чтобы не допустить чрезмерного броска тока в момент подачи управляющего напряжения?

Боюсь, что не станет. Интегральное звено вижу. А пропроциональное где? Насколько мои скромные познания в этой области позволяют мне судить, ПИ регулятор - это устройство, в котором интегральное и пропорциональное звенья работают параллельно - сигнал ошибки поступает на оба звена одновременно, в пропроциональном звене просто усиливается (умножается на свой коэффициент), в интегральном - интегрируется, накапливается (тоже с масштабированием), после чего выходы с обоих звеньев суммируются.


Если замкнуть кондер, то получится просто П регулятор.

Ну как же... А ОС через пару лазер-фотодиод?

И что? Это П звено? ОС через лазер-фотодиод образует звено, включенное последовательно с интегральным звеном на ОУ. Цель П звена - быстро выдать основную величину сигнала. К сожалению, при этом всегда остается некоторая статическая ошибка, которая тем меньше, чем больше усиление пропорционального звена (и устойчивость контура, ессно, при большем усилении получается хуже). Поэтому усиление П звена берут таким, чтобы статическая ошибка была наименьшей, но при этом была достаточная устойчивость. А сведение небольшой статической ошибки к нулю производит интегральное звено, которое медленее, но и "доводка" сигнала у него относительно небольшая. Если звенья работают паралелльно и их выходные сигналы суммируются (со своими весами), то и получается то, что нужно, а устройство называется ПИ регулятором. Если же их включить последовательно, то это даже не знаю, что получится. Вернее - получится просто И регулятор с весовым коеффициентом равным произведению своего коэффициента усиления на коэффициент усиления пропроционального звена.

Тогда иду учить, чем отличается параллельное соединение от последовательного...

Зачем писать столько слов, если можно взять карандаш и лист бумаги, и найти передаточную функцию?

Ладно, поясню "на пальцах". Входом является ток ФД, выходом - ток питания ЛД. Ток ФД создает частотно-независимое падение напр-я на резисторе (П) и интегрируется на кондере (И), после чего два напряжения складываются, т.к. резистор и кондер включены последовательно. Преобразователь напряжение-ток выполнен на транзисторе. Получается ПИ-регулятор.

Вот именно...

А почему он вообще должен быть? Правильно рассчитанная схема будет давать "гладкий" переходный процесс. Макс. ток же в лазерный диод определяется резистором в эмиттере тр-ра. В простейшем случае, он должен ограничивать ток до максимально допустимого.

Да, но в том-то и дело, что правильно рассчитанная. Как рассчитать? Покажите конкретно, пожалуйста. У лазеров максимально допустимый ток мало отличается от рабочего, т.е. рабочий диапазон совсем неширокий. У меня, к примеру, режим работы лазера импульсный. Импульсы порядка 5-10 мкс с периодом повторения несколько мс. Естесственно, хотелось бы, чтобы мощность поддерживалась стабильной. Но я понимаю так, что в момент подачи управляющего импульса П-звено регулятора ещё не работает из-за задержки в паре лазер-светодиод (что-то говорилось о ~45 грд на Мегагерцах). От резкого возрастания тока через лазер (со скоростью, ограниченной только slew rate ОУ) удерживает только интегральное звено, ограничивая усиление на этом этапе. Если эту цепь выбросить (или ёмкость недостаточна) ОУ успеет войти в насыщение. Или я не так себе представляю работу схемы?


Это объяснение поставило меня в тупик. Здесь имеется в виду какой именно резистор?

Для правильного расчета нужно знать передаточную (или импульсную, или переходную) характеристику системы лазер - фотодиод. Проще всего это сделать, подав скачок тока на лазер и измерив отклик в ФД с помощью усилителя с токовым входом.

Как это не работает? Оно-то и определяет начальную "ступеньку" изменения тока (замкните кондер для простоты - схема в момент изменения упр. напряжения будет эквивалентна П-регулятору). Далее регулятор будет плавно уменьшать ошибку до 0.

Это неверно. Советую внимательно разобраться с принципом работы ПИ-, а лучше ПИД-регулятора. На форуме ссылки были...

. Чтобы "выбросить" И-звено, емкость нужно замкнуть.

В обратной связи ОУ. Похоже, нужно рисовать "нормальную" схему...

Ок, поскольку схема Ваша, Вы и предъявите эту самую передаточную функцию.


Извините мне мою тупость, я не понимаю как следует этого. Давайте на примере. Пусть лазер дает при 100 мА накачки 100 мкА фототока (для простоты быстродействие звена "лазер-фотодиод" будем считать бесконечным, что на самом деле обычно и имеет место по сравнению с быстродействием схемы ОС). Укажите номиналы элементов, чтобы можно было смоделировать и посмотреть, как это работает.

Хорошо, тогда такой вопрос: если RC-цепочку выбросить совсем, схема перестанет быть регулятором?


Да, я действительно знаком с теорией работы регуляторов весьма поверхностно, к сожалению. Поэтому пытался представить работу схемы, как неинвертирующего преобразователя напряжение-ток, охваченного двумя петлями ООС. Первая, частотонезависимая, "внешняя" ООС по току - через пару лазер-фотодиод. Вторая частотозависимая (из-за наличия С) через RC-цепочку.
Давайте мысленно выбросим вторую. Схема останется П-регулятором, но перерегулирование будет высоким. Ведь в начальный момент ООС оказывается разомкнутой из-за задержки в паре лазер-светодиод, её инерционности. Теперь, добавив вторую ветвь при помощи R с эммитера транзистора (без С) мы можем увеличить быстродействие, но снизим общий коэффициент усиления и, следовательно, увеличим статическую ошибку. Это происходит потому, что вторая ветвь ООС не охватывает собой оптопару и "не отрабатывает" её ошибку. И только добавление в цепочку конденсатора позволяет сохранить усиление по постоянному току высоким, ограничив его для устойчивости на ВЧ. Можно представить себе это так: в начальный момент "внешняя" ООС ещё не работает (фототока нет), конденсатор разряжен и, следовательно, "замкнут", петлевое усиление определяется только R. И только затем конденсатор начинает заряжаться и влияние второй цепи ОС начинает ослабевать. Зато замыкается "первая". Таким образом, вторая ветвь "актуальна" только для резких изменений сигнала, для высоких частот, в то время как первая - для низких, вплоть до ПТ.

Этого я не понимаю. Как это- частотнонезависимое, когда резистор включен последовательно с конденсатором?
Вы, очевидно, сильнее меня в данном вопросе и лучшее, что я могу сделать - пойти... по ссылкам изучать матчасть. Но, признайтесь честно, это Ваша схема? У меня почему-то сложилось впечатление, что Вы тоже неправильно трактуете её работу. Если, по-Вашему, и П- и И- регулирование реализуется на одной ветви, включающей R и С, то зачем вообще ООС через пару лазер-фотодиод?
Ведь, во-первых, в ПИ-регуляторе, насколько я понимаю, эти ветви работают параллельно, независимо друг от друга, во-вторых, позвольте обратить внимание: RC-цепочка в данной схеме - это цепь обратной связи, снимающей сигнал с резистора в цепи эммитера и передающей его на вход ОУ.

Вот, в схеме компоненты пронумеровал.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Продолжим. Чтобы исключить П-звено, нужно замкнуть резистор R2. Чтобы схема перестала быть регулятором, цепочку R2C1 нужно замкнуть всю.

Здесь у Вас ошибка в терминологии. Система лазер-фотодиод - объект регулирования; ОУ,V1,R2,C1,R3 - регулятор; Iупр=Uупр/R1 - эталон. Задача регулятора - приведение выхода объекта регулирования к эталону. В данном случае, это достигается при Iфд = Iупр.

См. выше.

Uп(t)=Iош(t)*R2 - пропорциональная часть, напряжение на резисторе R2. Здесь Iош(t) = Iупр(t)-Iфд(t) -ток ошибки управления. Не забывайте, что ток через резистор R2 и кондер C1 течет одинаковый.
Да, моя. Набросал под тягостным впечатлением от схемы из поста #1.

См. выше.

Хороший схемотехник должен прежде всего обращать внимание не на форму, а на суть работы схемы. Я утверждаю, что моя схема по сути полностью эквивалентна классическому ПИ-регулятору. Упростить же ее без серьезного нарушения функциональности действительно невозможно.

Ну, Вы, блин, даете... Что ж, предъявляю.

1. Для "классического" ПИ-регулятора:
Iвых(t)=Кп*(Iупр(t)-Iфд(t)) + Ки*int((Iупр(t)-Iфд(t)dt)=Кп * Iош(t) + Ки * int( (Iош(t)dt ).
Здесь: Iвых(t) - выходной ток регулятора, Iупр(t)-Iфд(t)=Iош(t) - ток ошибки регулирования, Кп и Ки - пропорциональный и интегральный коэффициенты соответственно. Так?

2. Для "моего" ПИ-регулятора:
Iвых(t)=(Uп - U1(t))/R3 =(Uп - R2*Iош(t) - 1/С1*int( (Iош(t)dt )) / R3,
где Uп - напряжение питания, U1 - напряжение на выходе опера. Т.к. интеграл определен с точностью до константы ( физ. смысл - начальные условия), слагаемое Uп/R3 можно без потери общности опустить. Тогда Ки=-R2/R3 ,Кп=-1/(R3*C1).
Т.е., имеет место быть полная эквивалентность регуляторов.

А какой смысл в симуляции регулирования безынерциальной системы? Ну, если не облом, возьмите, например, R1=100кОм, R2=1кОм, R3=20Ом, С1=0,1мкФ, Uп=5В (все "от балды") и посмотрите...

какие именно? если не трудно - скиньте в гостевую или мылом/аськой через профиль

Вот так намного понятнее. В Вашей схеме вся соль в том, что входной сигнал и сигнал обратной связи - суть одно и то же и он же является и по сути выходным сигналом, что неочевидно на первый взгляд, хотя вполне очевидно на второй. В этом случае все встает на свои места. Но выглядит это все равно оригинально. Спасибо за интересную схему и пояснения.


Смысл в самом регуляторе - он-то ведь сам по себе вполне инерционный. По сравнению с лазером. Как раз можно увидеть, как происходит переходный режим.

Что ж, убедили. Спасибо!
Осталось только одно замечание и один вопрос. Замечание: исходя из логики работы схемы Uпит должно быть стабильным и точным. Это мелочь, но важная. И вопрос, на который Вы так и не ответили: что будет, если убрать цепь R2C1 ?

Наверное, имелось в виду безинерционной?

Стабильным - да, точным - нет. Его значение просто вносит некоторую постоянку в сигналы контура, эта постоянка компенсируется интегратором. Поэтому, если значение стабильно, то и влияния на работу регулятора никакого не оказывает. А вот точность тут роли никакой не играет - можно поставить и 5 В, и 10 В - это будет влиять только на выбор элементной базы.

Вообще, схема очень простая по исполнению, но с "изюминкой", интересная - вся "игра" идет на преобразовании токов, когда входной сигнал (ток) одновременно является и сигналом ОС каскада (и ток, и напряжение) и, по сути, выходным сигналом (только напряжение - за счет "привязки" по входу к нулевому потенциалу - виртуальной земле). Вот эту "изюминку" я вначале не разглядел. Для реализации схемы нужен только хороший ОУ - с настоящим Rail-to-Rail по входу (по кр. мере возле отрицательного питания - "земли") и выходу (возле положительного питания). Например, вполне подойдет AD8651.


Как это убрать? Совсем, что-ли? Тогда цепь ОС разомкнется и никакого регулирования не будет вообще.

Всегда, как говорится, рад... Вообще-то работоспособность именно такой схемы может ставится под вопрос при определенных параметрах системы лазер-диод (напр, при очень малых уровнях фототока, когда сопротивления R1 и R2 придется делать большими). В таком случае, придется предпринять меры по обеспечению стабильности работы схемы на ВЧ. Часто для этого достаточно ввести еще один элемент - резистор, причем R4 = R1 || R2 (см.ниже).
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

2 dxp & Herz
Регулирование-то будет, только оно будет определяться параметрами самогО ОУ с разомкнутой ОС, поэтому о его стабильности речи идти не может. Собственный Ку опера может меняться более чем на порядок при изменении Uвх.сф и Uвых - синфазного и выходного напряжения в рабочем диапазоне. Хороший опер можно в диапазоне частот практически до ед. усиления аппроксимировать инерциальным звеном 1-го порядка с к-том усиления Ку на постоянном токе и частотой среза Fср = F1/Ку, где F1 - частота единичного усиления.
Удаление цепи R2С1 скорее всего превратит схему в генератор.

я конечно извиняюсь - что вмешиваюсь в обсуждение достопочтенных донов
но я так понял что ток ошибки течет через цепь r2+c1 и следовательно исходя из таких рассуждений
фотодиод D1 в этой схеме является лишним
поэтому предлагаю его выкинуть
толку от него никакого нет- ведь пропорциональность обеспечивается и интегрирование все в одной цепочке r2 и c1 в данной схеме делается без этого ненужного диодика

Ну нет, так может показаться только на первый взгляд. Дело в том, что без фотодиода можно застабилизировать лишь ток лазера, но не его оптическую мощность, что является конечной целью. А она зависит не только от тока, но и от других факторов, например, температуры.

Да, Вы правы, но я не случайно заговорил о точности и стабильности. Ведь, обратите внимание, управляющий сигнал (например) отсчитывается от уровня "земли", а выходной - падение напряжения на эммитерном резисторе - от уровня питания. В этом случае его точность нужно поддерживать (при выбранных номиналах) примерно того же порядка, что и управляющее напряжение. Зачастую в реальных схемах это неприемлемо. Впрочем, это всё-таки стабильность, верно.

Нет, почему же? ООС останется замкнутой через "оптопару". Ток фотодиода будет уравнивать ток R1 и, при возросшей мощности лазера, снизит его влияние. Другое дело, на ВЧ она может превратиться в ПОС.

Вот именно - о чем и речь, общая ОС останется (я ОС каскада на ОУ имел в виду, пардон, что не указал сразу), но ее параметры почти с любым ОУ будут такими, что "загудит" стопудово. И регулирования не будет.



Не, нельзя - этот фотодиод, встроенный в лазер, является цепью, по которой замыкается общая ОС всей схемы стабилизации оптической мощности. Его фототок и ток из управляющего источика через резистор и образуют ток ошибки, котоый и поступает в регулятор. Если фотодиод убрать, то получится просто схема задания выходного тока.

мдааа...
так что фотодиодик создает пропорциональое управление?

а о чем тогда вы тут спорили?
укатайка


ps с чувством юмора - у вас хреново - больше не буду шутить

Здесь никто и не собирался шутить, а для шутников на форуме есть резервация - вот там и резвитесь.

фотодиодик никакого управления не создает. фотодиодик создает ток, пропорциональный выходной оптической мощности лазера. Что непонятно?


Не понятно, что Вас, уважаемый, так развеселило? А речь шла о том (если Вы не поняли), является ли описанный каскад на ОУ с RC в обратной связи ПИ регулятором.


Ну так объясните, в чем состоял Ваш юмор. Иначе он воспринимается как какой-то беспредметный стеб, граничащий с наездом.

фотодиодик создает пропорциональное управление от тока (через свет- механизм в данном случае не важен)
а пропорционального управления через rc цепочку не осуществляется
ты хоть тут тресни - ато что приведено в формуле то это функция тока через rc а не сигнал ошибки
и пропопорциональная часть идет как раз через фотодиодик


а наличие R в цепочки позволяет изменять параметры переменной составляющей а не пропорциональной

Не надо так.
Мне лично интересно было. Университет закончил давно, и нам это не читали. Точней читали, на не акцентировали , что это ПИ- регуляторы. Называли просто фильтрацией. Это так и есть в общем смысле. А уж при каких параметрах и для каких сигналов эта схема превращается в ПИ регулятор в определениях авторов это второй вопрос.
И предложенная простая схема привлекательна. Правда она еще обрастет элементиками при решении конкретных условий.

Это уж точно. Я всего лишь предложил эскиз, чтобы показать принцип.

А к чему все это? Вы пост #1 и схему к нему видели? Вот об этом и разговор. Жаль, что сам автор темы на нее забил...

[quote name='Stanislav' date='Jan 14 2006, 14:26' post='77984']
[quote name='Владимир' post='77950' date='Jan 14 2006, 11:12']...Правда она еще обрастет элементиками при решении конкретных условий.[/quote]Это уж точно. Я всего лишь предложил эскиз, чтобы показать принцип.

[quote name='Wise' post='77925' date='Jan 14 2006, 01:56'] Да уж, коллеги..
Это точно. Принцип предложен. Реализация за исполнителем. Консультации к автору изложенного принципа

Предлагаю закончить флейм и высказываться только по существу вопроса. Тема интересная, закрывать не хочу, поэтому давайте не будем создать не информативных постов!

Когда я устраивался на работу моим испытательным заданием было сделать импульсное управление лазером. Я сделал на транзисторах, схему (в PCAD2002е) прилагаю в файле. И я применил пропорционально-дифференциальное управление для уменьшения фронтов.

А в случае однополярного питания корректно будет подавать землю на неинвертирующий вход? И как изменится формула выходного тока, если на неинвертирующий вход подать некоторое опорное напряжение?

Ежели ОУ допускает работу при напряжении на входах более низких, чем минус питания, то корректно. Такие ОУ можно найти, например, у AD, LT или TI.
Практически никак, но такой режим является предпочтительным, т.к. при наличии отрицательного смещения на фотодиоде уменьшается его барьерная ёмкость, вследствие чего повышается устойчивость системы регулирования, а также качество самого регулирования.
Только управляющее напряжение придётся отсчитывать от этого уровня.

Ох, сколько я навидался сгоревших лазеров, которые пытались использовать в такой петле стабилизации - сигнал ФД - регулировка тока.

Обязательно надо разделять стабилизацию тока и оптической мощности по петлям и отслеживать допустимый ток..

А что в данной схеме Вам не нравится?
Ток через ЛД стабилизирован, и от напряжения на нём не зависит.
Регулировка мощности осуществляется за счёт ОС.
Максимальный ток через ЛД задаётся резистором в эмиттере (или истоке, если применяется ПТ) и напряжением источника питания.
Возможно, будет желателен "плавный" пуск, но это уже другой вопрос.
Что ещё?