半導體激光器自動(dòng)溫度控制電路設計
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電橋失衡時(shí)的輸出電壓為（將式3代入式4中）：
由于當（T0 = 2 9 8 K即2 5℃時(shí)），β=3450K時(shí)，在激光器一般的工作溫度25℃（298K）下，αT = 3.885%%℃。則此時(shí)電橋的輸出為：Vout = 0.0097 -Vb /ΔT.
3.3儀表放大器
由于電橋輸出的信號幅度較小，需要進(jìn)行放大后再提供給后級使用，儀表放大器具有較高的輸入阻抗以及精度，所以常用來(lái)對電橋輸出電壓進(jìn)行放大，其電路如圖3所示。其中取R4=R6，R7=R9，R8=R10，此時(shí)增益：
3.4控制器
為了使系統性能指標滿(mǎn)足一定的要求，通常需要在系統中引入合適的附加裝置，它的作用通常是對系統中的誤差信號進(jìn)行比例、積分、微分等運算，形成適當的控制信號，以獲得滿(mǎn)意的控制性能。根據設計要求和性能指標，設計了比例-積分（PI）控制器，其原理圖如圖3所示。
3.5 TEC功率放大器
由于TEC致冷器是一個(gè)功率器件（溫差較大時(shí)驅動(dòng)電流需要超過(guò)1安培以上），因此，溫度誤差信號經(jīng)過(guò)放大和處理以后需要功率驅動(dòng)級對其進(jìn)行驅動(dòng)[6].TEC功率驅動(dòng)器是由兩個(gè)三極管構成的互補型功率放大電路（OCL），原理圖如圖3所示。其傳遞函數模型可以理解為一個(gè)增益環(huán)節。
4.溫度控制電路的分析
本設計中采用的比例-積分控制器
根據溫度控制電路圖可畫(huà)出其控制系統框圖，如圖4所示：
設K =αT* V b* K t e c* A（式中：αT為熱敏電阻的溫度系數，Vb為電橋電壓，Ktec為致冷效率，A為環(huán)路中各放大環(huán)節的總增益），實(shí)驗中采用的F U J I T S U激光器，T E C時(shí)間常數T t e c= 6 s，延遲時(shí)間為100毫秒，致冷效率Ktec=45℃。V，熱敏電阻的溫度系數αT=0.0097（25℃時(shí)），電橋電壓2.5V，環(huán)路中各放大環(huán)節的總增益為A，所以環(huán)路總增益K=αT*Vb*Ktec*A=0.0097*2.5*45*7*10=78，Kp=15/22、Ki=100/22，Ti=4.7.系統達到穩態(tài)后的環(huán)路增益為A（Kp+Ki）=78（15+100）/22=407，此時(shí)，系統的穩態(tài)誤差等于1 /A（Kp+Ki）=0.0024，如果想取得更小的穩態(tài)誤差，可適當增加Ki以及Ti的值。
5.溫度控制電路設計總結
測試中分別采用了比例控制器、積分控制器和比例-積分控制器進(jìn)行了試驗，采用比例控制器系統的響應時(shí)間快，但穩定性很難控制；采用積分控制器系統穩定性相對于比例控制器有所提高，但是系統的響應時(shí)間將變得非常緩慢；采用比例-積分（PI）控制器系統響應時(shí)間有了很大改善，系統的的穩定性較好（圖5為PI控制器上電階躍響應實(shí)測圖），對于一般的溫控系統，這樣的動(dòng)態(tài)性能已能滿(mǎn)足需求。
對于需要較快速響應的場(chǎng)合，可考慮采用比例-積分-微分（PID）控制器，通過(guò)增加微分環(huán)節來(lái)提高系統的瞬態(tài)響應。
另外，考慮到不同廠(chǎng)家不同型號或同一廠(chǎng)家不同型號的激光器在性能參數上都存在差異，以及放大電路的溫度漂移、非線(xiàn)性等，這些都對溫控電路參數有一定的影響，因此在實(shí)際應用中溫度控制電路的各個(gè)參數需要根據所選用的激光器來(lái)選取，并結合仿真以及試驗將參數調節到最佳值。
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