通信光電子課程設(shè)計---ld的建模及其恒定功率驅(qū)動電路的設(shè)計

1、<p><b>　　電子與信息學院</b></p><p><b>　　《通信光電子技術(shù)》</b></p><p><b>　　課程設(shè)計報告</b></p><p>　　LD的建模及其恒定功率驅(qū)動電路的設(shè)計</p><p>　　專 業(yè) &

2、lt;/p><p>　　班 級 </p><p>　　學生姓名 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　提交日期 2012 年 4 月 10日 </p><p>　　電話號碼

3、 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要----------------------------------------------------------------------------------------2</p><p>　　Abstract--------------------

4、----------------------------------------------------------------3</p><p>　　一 緒論-----------------------------------------------------------------------------------4</p><p>　　二 仿真軟件OrCAD/PSpice簡介-

5、-------------------------------------------------6</p><p>　　三 半導(dǎo)體激光器----------------------------------------------------------------------9</p><p>　　1 半導(dǎo)體激光器分類-----------------------------------

6、-------------------------9</p><p>　　2 半導(dǎo)體激光器工作原理-----------------------------------------------------9</p><p>　　3 半導(dǎo)體激光器的P-I特性---------------------------------------------------11</p><

7、;p>　　四 LD建模------------------------------------------------------------------------------13</p><p>　　五 LD恒定功率驅(qū)動電路設(shè)計----------------------------------------------------18</p><p>　　1 第一種電路-----

8、----------------------------------------------------------------18</p><p>　　2 第二種電路---------------------------------------------------------------------21</p><p>　　3 第三種電路-----------------------

9、----------------------------------------------22</p><p>　　六 心得體會---------------------------------------------------------------------------26</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>

10、　　自1962年制出的第一臺半導(dǎo)體激光器（LD）以來，半導(dǎo)體激光器的研究已經(jīng)得到很大的發(fā)展，器件的性能有了較大的提高。與氣體激光器和固體激光器相比，這類激光器具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、泵浦容易而且效率高，易于調(diào)制等優(yōu)點，因此，它在激光通信、光信息處理、光計算機方面有廣泛的應(yīng)用價值。雖然由于半導(dǎo)體材料的特性、使得半導(dǎo)體激光器在熱穩(wěn)定性、準直性、單色性等方面不如其他類型激光器，但是，由于其在軍事、科技上的應(yīng)用前景，使得半導(dǎo)體激光器仍然受

11、到越來越多的重視。半導(dǎo)體激光器的穩(wěn)定性取決于驅(qū)動電源，電流的起伏會引起光功率的變化，從而影響激光器的性能。為確保半導(dǎo)體激光器安全可靠地工作，本文首先深入分析了半導(dǎo)體激光器原理，在OrCAD/PSPICE 軟件開發(fā)平臺上完成了LD的建模。其次，針對半導(dǎo)體激光光源的工作原理和特性，設(shè)計了三種簡單可行的恒定功率驅(qū)動電路，實現(xiàn)恒功率控制。</p><p>　　關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體激光器；ORCAD；恒定功率</p>

12、<p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Since 1962 the system out of the first semiconductor laser (LD), semiconductor lasers have been greatly developed, and device performance have been greatly i

13、mproved. Compared with gas lasers and solid-state lasers, these lasers have small size, compact structure, light weight, easy to pump and high efficiency, easy modulation, etc., so that it laser communication, optical in

14、formation processing, optical computer has extensive application value. Although the characteristics of the semiconductor m</p><p>　　Key words: semiconductor las ers; of ORCAD; constant power</p><

15、p><b>　　一、緒論</b></p><p>　　半導(dǎo)體物理學的迅速發(fā)展及隨之而來的晶體管的發(fā)明，使科學家們早在50年代就設(shè)想發(fā)明半導(dǎo)體激光器，60年代早期，很多小組競相進行這方面的研究。在理論分析方面，以莫斯科列別捷夫物理研究所的尼古拉·巴索夫的工作最為杰出。</p><p>　　半導(dǎo)體激光器是成熟較早、進展較快的一類激光器，由于它的波長范圍寬，

16、制作簡單、成本低、易于大量生產(chǎn)，并且由于體積小、重量輕、壽命長，因此，品種發(fā)展快，應(yīng)用范圍廣，目前已超過300種，半導(dǎo)體激光器的最主要應(yīng)用領(lǐng)域是Gb局域網(wǎng)，850nm波長的半導(dǎo)體激光器適用于局域網(wǎng)，1300nm -1550nm波長的半導(dǎo)體激光器適用于1OGb局域網(wǎng)系統(tǒng)。半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用范圍覆蓋了整個光電子學領(lǐng)域，已成為當今光電子科學的核心技術(shù).半導(dǎo)體激光器在激光測距、激光雷達、激光通信、激光模擬武器、激光警戒、激光制導(dǎo)跟蹤、引燃引爆、

17、自動控制、檢測儀器等方面獲得了廣泛的應(yīng)用，形成了廣闊的市場。</p><p>　　半導(dǎo)體激光器又稱激光二極管(LD）。進入八十年代，人們吸收了半導(dǎo)體物理發(fā)展的最新成果，采用了量子阱（QW）和應(yīng)變量子阱（SL-QW）等新穎性結(jié)構(gòu)，引進了折射率調(diào)制Bragg發(fā)射器以及增強調(diào)制Bragg發(fā)射器最新技術(shù)，同時還發(fā)展了MBE、MOCVD及CBE等晶體生長技術(shù)新工藝，使得新的外延生長工藝能夠精確地控制晶體生長，達到原子層厚度

18、的精度，生長出優(yōu)質(zhì)量子阱以及應(yīng)變量子阱材料。于是，制作出的LD，其閾值電流顯著下降，轉(zhuǎn)換效率大幅度提高，輸出功率成倍增長，使用壽命也明顯加長。</p><p>　　半導(dǎo)體激光器是以一定的半導(dǎo)體材料做工作物質(zhì)而產(chǎn)生受激發(fā)射作用的器件.其工作原理是，通過一定的激勵方式，在半導(dǎo)體物質(zhì)的能帶（導(dǎo)帶與價帶）之間，或者半導(dǎo)體物質(zhì)的能帶與雜質(zhì)（受主或施主）能級之間，實現(xiàn)非平衡載流子的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，當處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的大量電子與

19、空穴復(fù)合時，便產(chǎn)生受激發(fā)射作用。半導(dǎo)體激光器的激勵方式主要有三種，即電注入式，光泵式和高能電子束激勵式。電注入式半導(dǎo)體激光器，一般是由GaAS(砷化鎵),InAS（砷化銦），Insb（銻化銦）等材料制成的半導(dǎo)體面結(jié)型二極管，沿正向偏壓注入電流進行激勵，在結(jié)平面區(qū)域產(chǎn)生受激發(fā)射。光泵式半導(dǎo)體激光器，一般用N型或P型半導(dǎo)體單晶（如GaAS,InAs,InSb等）做工作物質(zhì)，以其他激光器發(fā)出的激光作光泵激勵。高能電子束激勵式半導(dǎo)體激光器，一般

20、也是用N型或者P型半導(dǎo)體單晶(如PbS,CdS,ZhO等)做工作物質(zhì)，通過由外部注入高能電子束進行激勵。在半導(dǎo)體激光器件中，目前性能較好，應(yīng)用較廣的是具有雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電注入式GaAs二極管激光器。</p><p>　　二、仿真軟件OrCAD/PSpice簡介</p><p>　　PSpice是一個電路通用分析程序，是EDA中的重要組成部分，它的主要任務(wù)是對電路進行模擬和仿真。該軟件的前身是

21、SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）,由美國加州大學伯克萊分校于1972年研制。1975年推出正式實用化版本SPICE2G，1988年被定為美國國家標準。1984年Microsim公司推出了基于SPICE的微機版本PSpice(Personal-SPICE),此后各種版本的SPICE不斷問世，功能也越來越強。進入20世紀90年代，隨著計算機軟件的發(fā)展，特別是

22、Windows操作系統(tǒng)的廣泛流行，PSpice又出現(xiàn)了可在Windows環(huán)境下運行的5.1、6.1、6.2、8.0等版本，也稱為窗口版，采用圖形輸入方式，操作界面更加直觀，分析功能更強，元器件參數(shù)庫及宏模型庫也更加豐富。1998年1月，著名的EDA公司OrCAD公司于開發(fā)PSpice軟件的Microsim公司實現(xiàn)了強強聯(lián)合，于1998年11月推出了最新版本OrCAD/PSpice 9[4]。 </p><p>　

23、　為了迅速推廣普及OrCAD/PSpice 9軟件，OrCAD公司提供了一張試用光盤OrCAD/PSpice 9 Demo，它與商業(yè)版是完全一致的，不同之處只是在元器件上受一定的限制，因此又被稱為普及版。</p><p>　　OrCAD/PSpice 9可模擬以下6類常用的電路元器件：</p><p>　　1. 基本無源元件，如電阻、電容、電感、傳輸線等。</p><p

24、>　　2. 常用的半導(dǎo)體器件，如二極管、雙極晶體管、結(jié)型場效應(yīng)管、MOS管等。 </p><p>　　3. 獨立電壓源和獨立電流源。 </p><p>　　4. 各種受控電壓源、受控電流源和受控開關(guān)。 </p><p>　　5. 基本數(shù)字電路單元，如門電路、傳輸門、觸發(fā)器、可編程邏輯陣列等。 </p><p>　　6.  常用

25、單元電路，如運算放大器、555定時器等。在這里集成電路可作為一個單元電路整體出現(xiàn)在電路中，而不必考慮該單元電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。</p><p>　　OrCAD/PSpice 9可分析的電路特性有6類15種：</p><p>　　1. 直流分析，包括靜態(tài)工點、直流靈敏度、直流傳輸特性、直流特性掃描分析。</p><p>　　2. 交流分析，包括頻率特性、噪聲特性分析。 &

26、lt;/p><p>　　3. 瞬態(tài)分析，包括瞬態(tài)響應(yīng)分析，傅立葉分析。 </p><p>　　4. 參數(shù)掃描，包括溫度特性分析，參數(shù)掃描分析。 </p><p>　　5. 統(tǒng)計分析，包括蒙托卡諾分析、最壞情況分析。 </p><p>　　6. 邏輯模擬，包括邏輯模擬、數(shù)模混合模擬、最壞情況時序分析。 </p><p>　　

27、OrCAD是一個軟件包，進行電路模擬分析的核心軟件是PSpice A/D，為使模擬工作做得更快更好，OrCAD軟件包還提供了以下5個配套軟件與之相配合。</p><p>　　1. 電路圖生成軟件：其主要功能是人機交互方式在屏幕上繪制電路圖，設(shè)置電路中元器件的參數(shù)，生成多種格式要求的電連接網(wǎng)表。在該程序中可直接運行PSpice及其它配套軟件。</p><p>　　2. 激勵信號編輯軟件：其主

28、要功能是以人機交互方式生成電路模板中需要的各種激勵信號源。包括瞬態(tài)分析中需要的脈沖、分段線性、調(diào)幅正弦、調(diào)頻、指數(shù)等5種信號波形和邏輯模擬中需要的時鐘、脈沖、總線等各種信號。 </p><p>　　3. 模型參數(shù)提取軟件：其主要功能是提取來自廠家的器件的數(shù)據(jù)信息，生成PSpice模擬時所需要的模型參數(shù)。因為盡管PSpice A/D模型庫中提供了一萬多種元器件和單元集成電路的模型參數(shù)，但在實際應(yīng)用中仍有用戶需要采用

29、未包括在模型參數(shù)庫中的元器件，這時ModelED軟件就顯得至關(guān)重要。 </p><p>　　4. 波形顯示和分析模塊：其主要功能是將PSpice的分析結(jié)果用圖形顯示出來。不僅能顯示電壓、電流這些基本電路參量的波形，還可以顯示由基本參量組成的任意表達式的波形，所以有“示波器”之稱。該模塊還能對模擬結(jié)果進行再加工，以提取更多的信息。 </p><p>　　5. 優(yōu)化程序：其主要功能是自動調(diào)整元

30、器件的參數(shù)設(shè)計值，使電路的特性得到改善，實現(xiàn)電路的優(yōu)化設(shè)計。</p><p><b>　　三、半導(dǎo)體激光器</b></p><p>　　1. 半導(dǎo)體激光器分類</p><p>　　除了普通的雙異質(zhì)LD外，再改進LD的性能方面，人們作出了很大的努力，出現(xiàn)了多種性能更優(yōu)的半導(dǎo)體激光器，下面簡單的介紹幾種類型。</p><p>

31、;　　(1). 分布反饋式半導(dǎo)體激光器(DFB-LD) 之前的的半導(dǎo)體激光器的諧振腔是由兩個平行的天然晶體解里面被拋光成反射鏡面，形成F-P腔。這種結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生多縱模振蕩或模式跳變。為了實現(xiàn)穩(wěn)定的單模振蕩，必須使各縱模的增益差別增大，為此實現(xiàn)了一種無諧振腔鏡面的半導(dǎo)體激光器，這就是分布反饋式激光器半導(dǎo)體激光器(DFB-LD)。其是在光纖通信中發(fā)現(xiàn)的，由于能獲得單頻輸出、單模輸出，更容易與光纜、光纖耦合，有利于實現(xiàn)高速、大容量信息的傳輸

32、。</p><p>　　(2). 量子阱激光器(QW-LD) 在垂直于有源層方向上，載流子的動能可用量子化能量表示，類似于量子力學的一維勢阱問題，這種超波層人造周期性結(jié)構(gòu)稱為超晶格結(jié)構(gòu)，由于在一維方向上對帶電粒子具有約束作用，因此，把這種結(jié)構(gòu)稱為量子阱。</p><p>　　2. 半導(dǎo)體激光器工作原理</p><p>　　工作物質(zhì)為半導(dǎo)體晶體的一類激光器，稱為半導(dǎo)體

33、激光器。其激勵方式主要分為電注入式、電子束激勵式和光泵浦式三種。絕大多數(shù)半導(dǎo)體激光器的激勵方式是電注入式，即給PN結(jié)加正向電壓，使得結(jié)平面區(qū)域產(chǎn)生受激發(fā)射。這猶如一個正向偏置的二極管，因此半導(dǎo)體激光器又稱為激光二極管。</p><p>　　如圖所示，簡單的半導(dǎo)體激光器由帶隙能量較高的P型和N型半導(dǎo)體材料和一層很薄的有源層構(gòu)成。在PN結(jié)加上正向偏置電壓后，電子從N區(qū)向P區(qū)流動，空穴從P區(qū)向N區(qū)流動，在作用區(qū)內(nèi)，電子

34、和空穴復(fù)合產(chǎn)生光子。當注入電流較小時，注入結(jié)區(qū)的電子和空穴數(shù)目較少，此時只能自發(fā)輻射（熒光），光向四面八方傳播：當注入電流大到一定程度時，便向外輸出激光。</p><p>　　圖 半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)</p><p>　　因此，半導(dǎo)體激光器是一種相干輻射光源，要使它能產(chǎn)生激光，必須具備三個基本條件：</p><p>　　(1). 增益條件:建立起激射媒質(zhì)(有源區(qū))內(nèi)

35、載流子的反轉(zhuǎn)分布。在半導(dǎo)體中代表電子能量的是由一系列接近于連續(xù)的能級所組成的能帶，因此在半導(dǎo)體中要實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，必須在兩個能帶區(qū)域之間，處在高能態(tài)導(dǎo)帶底的電子數(shù)比處在低能態(tài)價帶頂?shù)目昭〝?shù)大很多，這靠給同質(zhì)結(jié)或異質(zhì)結(jié)加正向偏壓，向有源層內(nèi)注人必要的載流子來實現(xiàn)，將電子從能量較低的價帶激發(fā)到能量較高的導(dǎo)帶中去。當處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的大量電子與空穴復(fù)合時，便產(chǎn)生受激發(fā)射作用。</p><p>　　(2). 要實際獲得

36、相干受激輻射，必須使受激輻射在光學諧振腔內(nèi)得到多次反饋而形成激光振蕩，激光器的諧振腔是由半導(dǎo)體晶體的自然解理面作為反射鏡形成的，通常在不出光的那一端鍍上高反多層介質(zhì)膜，而出光面鍍上減反膜.對F-P腔(法布里-帕羅腔)半導(dǎo)體激光器可以很方便地利用晶體的與P-N結(jié)平面相垂直的自然解理面構(gòu)成F-P腔。 </p><p>　　(3). 為了形成穩(wěn)定振蕩，激光媒質(zhì)必須能提供足夠大的增益，以彌補諧振腔引起的光損耗及從腔面的激

37、光輸出等引起的損耗，不斷增加腔內(nèi)的光場.這就必須要有足夠強的電流注入，即有足夠的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，粒子數(shù)反轉(zhuǎn)程度越高，得到的增益就越大，即要求必須滿意一定的電流閥值條件。當激光器達到閥值，具有特定波長的光就能在腔內(nèi)諧振并被放大，最后形成激光而連續(xù)地輸出。</p><p>　　3. 半導(dǎo)體激光器的P-I特性</p><p>　　若半導(dǎo)體激光器注入電流I，其兩端會產(chǎn)生正向電壓U，非平衡載流子復(fù)合后將

38、產(chǎn)生光功率P，激光器的靜態(tài)工作特性主要是端電壓U和注入電流I的特性曲線，輸出光功率隨注入電流變化的P-I特性曲線以及光譜特性。半導(dǎo)體激光器的這一特性可以反映出其PN結(jié)特性的優(yōu)劣，通過大電流下的正向V-I特性可估算出串聯(lián)電阻。下圖是典型半導(dǎo)體激光器V-I特性曲線示意圖。</p><p>　　圖 半導(dǎo)體激光器V-I特性曲線</p><p>　　半導(dǎo)體激光器的P-I特性（又稱L-I特性），

39、描述了激光器光功率P0隨注入電流I的變化規(guī)律，是使用半導(dǎo)體激光器的系統(tǒng)進行設(shè)計的重要依據(jù)。半導(dǎo)體激光器只有在其PN結(jié)上加大的正向電壓，流入激光器的注入電流足夠大時，才能產(chǎn)生激光，理想的輸出P-I特性曲線如圖所示。</p><p>　　圖 半導(dǎo)體激光器P-I特性曲線</p><p>　　從理論上講，當半導(dǎo)體激光器工作在額定范圍內(nèi)時，輸出光功率P與注入電流I應(yīng)該是嚴格線性的關(guān)系，其一階微分曲線

40、應(yīng)該是一條近似水平的直線。如果在一階微分曲線上出現(xiàn)了明顯的拐點，或者是說該曲線不夠平滑，那么就認為該半導(dǎo)體激光器有缺陷。也就是說，當該半導(dǎo)體激光器工作在出現(xiàn)拐點的驅(qū)動電流時，其輸出光功率與注入電流值不成線性比例關(guān)系。由于輸入電流與輸出光功率呈線性關(guān)系，半導(dǎo)體激光器具有易于調(diào)制的重要特性，即可以通過調(diào)制輸入電流，對半導(dǎo)體激光器的輸出光強進行直接調(diào)制。</p><p><b>　　四、LD建模</b&

41、gt;</p><p>　　首先新建一個TXT文檔，然后在文檔里面輸入以下程序。</p><p>　　.SUBCKT DHLD NA NB NL NR</p><p>　　* 子電路名: DHLD</p><p>　　* 接口端點: NA, NB, NL, NR</p><p>　　* NR

42、, NL: 實際器件的兩個電學端點</p><p>　　* NR 正極, NL 負極</p><p>　　* NA, NB: 兩個虛擬端點, 用于光輸出</p><p>　　* NA 左端面, NB 右端面</p><p>　　*model parameters

43、BEGIN </p><p>　　***用戶通過修改下面的參數(shù)值, 以模擬不同器件***</p><p>　　.PARAM L=250UM</p><p>　　.PARAM W=1UM</p><p>　　.PARAM D=0.15UM</p><p>　　.PARAM An1=1.0E8</p><

44、;p>　　.PARAM An2=1.1E-17</p><p>　　.PARAM An3=2.0E-41</p><p>　　.PARAM An4=0</p><p>　　.PARAM A=3.5</p><p>　　.PARAM Ar1=4.2E8</p><p>　　.PARAM Ar2=1.5E-16<

45、;/p><p>　　.PARAM GAM=0.3</p><p>　　.PARAM G0=1.4E-12</p><p>　　.PARAM Ntr=1.5E24</p><p>　　.PARAM EPS=1E-25</p><p>　　.PARAM B=1</p><p>　　.PARAM Bsp=

46、1E-3</p><p>　　.PARAM ALFA=2000</p><p>　　.PARAM Rl=0.3</p><p>　　.PARAM Rr=0.3</p><p>　　.PARAM Ne=7.8E7</p><p>　　.PARAM EIT=2</p><p>　　.PARAM Nr

47、=3.5</p><p>　　.PARAM LMD=1.3UM</p><p>　　.PARAM Vbi=1.13</p><p>　　.PARAM Csc0=10pF</p><p>　　.PARAM Rs=5</p><p>　　.PARAM Cp=1pF</p><p>　　.PARAM

48、Rd=1E15</p><p>　　*model parameters END</p><p>　　*****以下內(nèi)容禁止用戶修改******</p><p>　　.PARAM ECHARGE=1.6021918E-19</p><p>　　.PARAM BOLTZMAN=1.3806226E-23</p><p>　

49、　.PARAM EPS0=8.854214871E-12</p><p>　　.PARAM PI=3.1415926</p><p>　　.PARAM TWOPI={2.0*PI}</p><p>　　.PARAM PLANCK=6.626176E-34</p><p>　　.PARAM PLANCK2PI={PLANCK/TWOPI}<

50、;/p><p>　　.PARAM TEMPR=300</p><p>　　.PARAM VT={BOLTZMAN*TEMPR/ECHARGE}</p><p>　　.PARAM LSPEED=2.99792458E8</p><p>　　* Convert m to um</p><p>　　.PARAM UL={L*1E

51、6}</p><p>　　.PARAM UW={W*1E6}</p><p>　　.PARAM UD={D*1E6}</p><p>　　.PARAM UAn1={An1}</p><p>　　.PARAM UAn2={An2*1E18}</p><p>　　.PARAM UAn3={An3*1E36}</p&g

52、t;<p>　　.PARAM UAn4={An4*(1E6)**(A-1)}</p><p>　　.PARAM UAr1={Ar1}</p><p>　　.PARAM UAr2={Ar2*1E18}</p><p>　　.PARAM UG0={G0*1E18}</p><p>　　.PARAM UNtr={Ntr*1E-18}&

53、lt;/p><p>　　.PARAM UALFA={ALFA*1E-6}</p><p>　　.PARAM UEPS={EPS*1E18}</p><p>　　.PARAM UNe={Ne*1E-18}</p><p>　　.PARAM ULMD={LMD*1E6}</p><p>　　.PARAM ULSPEED={LS

54、PEED*1E6}</p><p>　　.PARAM Vact={UL*UW*UD}</p><p>　　.PARAM Tph={Nr/(ULSPEED*(GAM*UALFA-LOG(Rl*Rr)/2.0/UL))}</p><p>　　.PARAM QV={ECHARGE*Vact}</p><p>　　.PARAM Cph={ECHARG

55、E/VT}</p><p>　　.PARAM Rph={VT*Tph/ECHARGE}</p><p>　　.PARAM CPL={PLANCK*ULSPEED*ULSPEED*(Rl-1.0)*LOG(Rl*Rr)/</p><p>　　+ (2.0*Nr*VT*UL*ULMD*(1-Rl+SQRT(Rl/Rr)*(1-Rr)))}</p

56、><p>　　.PARAM CPR={PLANCK*ULSPEED*ULSPEED*(Rr-1.0)*LOG(Rl*Rr)/</p><p>　　+ (2.0*Nr*VT*UL*ULMD*(1-Rr+SQRT(Rr/Rl)*(1-Rl)))}</p><p>　　.PARAM Vl={EIT*VT*LOG((UNtr+1.0/Tph/GAM/UG0)

57、/UNe)}</p><p>　　.FUNC N(V) {UNe*EXP(V/EIT/VT)-1.0}</p><p>　　.FUNC Rn(V) {UAn1*N(V)+UAn2*N(V)**2+UAn3*N(V)**3+UAn4*N(V)**A}</p><p>　　.FUNC Rra(V) {UAr1*N(V)+UAr2*N(V)**2}</p>

58、<p>　　.FUNC G(V,Vph) {IF(N(V)<UNtr,0.0,QV*GAM*UG0*(N(V)-UNtr))/</p><p>　　+(1.0+UEPS*ABS(Vph)/Vact/VT)**B}</p><p>　　.FUNC Inr(V) {QV*Rn(V)}</p><p>　　.FUNC Irr(V) {QV*Rr

59、a(V)}</p><p>　　.FUNC Ist(V,Vph) {G(V,Vph)*ABS(Vph)/Vact/VT}</p><p>　　.FUNC Cd(V) {QV*UNe*EXP(V/EIT/VT)/(EIT*VT)}</p><p>　　.FUNC Csc(V) {IF(V<Vbi,Csc0/SQRT(1.0-V/Vbi),Csc0/SQRT

60、(0.1))}</p><p>　　*Electrical CIRCUIT</p><p>　　RRs NA NA1 {Rs}</p><p>　　RRd NA1 NB {Rd}</p><p>　　CCp NA1 NB {Cp}</p><p>　　*GCd NA1 NB VALUE={Cd(V(NA1)-V(NB)

61、)*DDT(V(NA1)-V(NB))}</p><p>　　*GCsc NA1 NB VALUE={Csc(V(NA1)-V(NB))*DDT(V(NA1)-V(NB))}</p><p>　　CCd NA1 NB {Cd(Vl)}</p><p>　　CCsc NA1 NB {Csc(Vl)}</p><p>　　GInr NA1

62、NB VALUE={Inr(V(NA1)-V(NB))}</p><p>　　GIrr NA1 NB VALUE={Irr(V(NA1)-V(NB))}</p><p>　　GIst NA1 NB VALUE={Ist(V(NA1)-V(NB),V(NS))}</p><p>　　*Vph CIRCUIT</p><p>　　GIrr1 0

63、NS VALUE={Bsp*Irr(V(NA1)-V(NB))}</p><p>　　GIst1 0 NS VALUE={Ist(V(NA1)-V(NB),V(NS))}</p><p>　　CCph NS 0 {Cph}</p><p>　　RRph NS 0 {Rph}</p><p>　　* Left Facet Output<

64、;/p><p>　　El NL 0 VALUE={CPL*V(NS)}</p><p>　　* Right Facet Output</p><p>　　Er NR 0 VALUE={CPR*V(NS)}</p><p><b>　　.ENDS</b></p><p>　　然后將文件名改為DHLD.l

65、ib，然后將將自建的庫文件拷到Orcad\Capture\Library\Pspice中，雙擊在PSpice Model Editor中打開該庫文件，選中DHLD，點擊File/Create Capture Parts,對話框中enter input model library點Browse選中前面拷過去的庫文件，沒有錯誤，直接確認即可。接著把DHLD.lib中的文件內(nèi)容（用記事本打開或使用PSpice Model Editor打開）全

66、部拷到Orcad\Capture\Library\Pspice中nom.lib的最后面，如下圖所示。</p><p>　　最后點擊開始/程序/ OrCAD_9.2/Capture/CIS，打開繪圖窗口，點擊Place/Part,出現(xiàn)如下圖所示界面。點擊Add Library，找到自己建的DHLD模型，雙擊DHLD,就可隨意放置DHLD元件了。</p><p>　　完成建模后，繪圖窗口中出現(xiàn)

67、的DHLD元件模型如下圖所示：</p><p>　　其中，子電路名：DHLD</p><p>　　接口端點：NA,NB,NL,NR</p><p>　　NR,NL:實際器件的兩個電學端點；NR：正極，NL:負極</p><p>　　NA,NB:兩個虛擬端點，用于光輸出；NA：左端面，NB:右端面</p><p>　　五

68、、LD恒定功率驅(qū)動電路設(shè)計</p><p>　　總共設(shè)計了三種電路，下面分別介紹。</p><p><b>　　1. </b></p><p>　　(1) 基準電壓源電路</p><p>　　基準電壓源電路構(gòu)成如下圖所示，其作用是為恒流源電路提供一個高精度，低溫漂的電壓參考，同時，為電路中的集成電路(如光耦合器、運算放大

69、器、反相器等)提供穩(wěn)定工作電壓。</p><p>　　LM317是美國國家半導(dǎo)體公司的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成電路，輸出電壓范圍是1．2～37 V，負載電流最大為1．5 A，使用簡單。其工作過程如下：輸出電壓Vout通過R1、VQ1，對C2充電，開始時VQ1飽和導(dǎo)通，Vout最低(約1．5 V)。隨著C2上電壓的升高，VQ1逐漸退出飽和并趨于截止，Vout逐漸升高至額定電壓。改變R1、C2的常數(shù)可改變軟啟動的時間。改

70、變可變電阻R2的值，可調(diào)整輸出電壓Vout的值。VD1用于關(guān)機后使C2上的電荷快速泄放。其輸出電壓為：</p><p><b>　　(2) 恒流源電路</b></p><p>　　為了實現(xiàn)高的電流穩(wěn)定度，驅(qū)動電路大多采用負反饋的控制方法，恒流控制原理如圖3所示。穩(wěn)流電路由基準電壓電路、電壓-電流轉(zhuǎn)換電路、恒流輸出電路和反饋電路組成。電路工作時，基準電壓經(jīng)過適當放大后送

71、入運放A1的同相端，運放A1控制VQ1基極電流的大小，從而獲得相應(yīng)的輸出電流，輸出電流在取樣電阻R上產(chǎn)生取樣電壓，該取樣。電壓經(jīng)A2放大后作為反饋電壓反饋回電壓放大器A1的反相輸入端，并與同相輸入端的電壓進行比較，對輸出電壓進行調(diào)整，進而對VQ1基極的輸出電流進行調(diào)整，使整個閉環(huán)反饋系統(tǒng)處于動態(tài)的平衡中，以達到穩(wěn)定輸出電流的目的</p><p>　　在orCAD里面的綜合電路如下圖所示。</p>&

72、lt;p>　　(3). 其仿真波形如下圖所示。</p><p><b>　　NL波形</b></p><p><b>　　NR波形</b></p><p>　　NL和NR的混合波形</p><p><b>　　2. </b></p><p>　　電

73、路的基準電壓不用常見的電阻分壓電路．而是利用晶體管Tr1的Vbe作基準電壓，Vbe約為0.7V，即(Im-Ib)×Vr1=0.7V，不過Ib很小可以忽略。Vbe具有2mV／℃的溫度特性，故基準電壓將隨溫度變動，即使這樣，其溫度特性也遠比恒流驅(qū)動好。整個電路只用了兩只晶體三極管，Vr1用于輸出調(diào)整兼負荷電阻，是相當簡單的APC電路。電路圖如下圖所示。</p><p>　　在orCAD里面的綜合電路如下圖所

74、示。</p><p>　　其仿真波形如下圖所示。</p><p><b>　　NL波形</b></p><p><b>　　NR波形</b></p><p>　　NR和NL的混合波形</p><p><b>　　3. </b></p>&l

75、t;p>　　取消了調(diào)整輸出的半可變電阻。如果Tr5的B-E之間出現(xiàn)短路的話，流過電阻R2的電流幾乎就都成為Tr1和Tr2的基極電流，這將使輸出增大：不過這時流過Tr2的基極電流Ib將使680Ib+Vbe>2Vbe，結(jié)果Tr4導(dǎo)通，旁路部分電流到地，使輸出功率受到一定限制。若Tr1、Tr2的任一個出現(xiàn)C-E間短路．則由于另一個晶體管的存在．不會出現(xiàn)過電流的情況。除5個晶體管外．其余元件的短路更不會引起輸出增大。電路中R1是基極

76、電阻，兼作電流取樣電阻；R5為負荷電阻。電路圖如下圖所示。</p><p>　　在orCAD里面的綜合電路如下圖所示。</p><p>　　其仿真波形如下圖所示。</p><p><b>　　NL波形</b></p><p><b>　　NR波形</b></p><p>&l

77、t;b>　　NR和NL波形</b></p><p><b>　　六、心得體會</b></p><p>　　通過本次通信光電子技術(shù)課程設(shè)計，我掌握電子電路的基本設(shè)計方法和思路，鞏固和加深對書本知識認識和掌握，增強了實驗操作技能，提高了電子電路的設(shè)計和實驗?zāi)芰?。同時把模電和通信光電子技術(shù)知識融合在一起，拓寬了原有知識面。</p><p

78、>　　經(jīng)過為期兩個星期的課程設(shè)計，完成了選題、設(shè)計功能電路、軟件仿真、以及撰寫實驗報告，此次選擇的題目是“LD的建模及其恒定功率驅(qū)動電路的設(shè)計”，選題之后就是尋找參考電路，因為orCAD\PSpice里面的激光二極管不支持仿真，所以先要自己建立原件，即為LD建模。然后在orCAD\PSpice中繪出恒定功率驅(qū)動電路原理圖，調(diào)整相關(guān)元件參數(shù)，使其適應(yīng)本次的設(shè)計，觀察仿真的數(shù)據(jù)是否符合設(shè)計要求。通過此次設(shè)計，對已經(jīng)學習過的功率放大器以

79、及基本電路求解的相關(guān)知識有了更深入的了解。</p><p>　　然而調(diào)試中也碰到了一些棘手的問題，比如一開始找不到對應(yīng)元件，然后費了很多時間。在建模是把元件的接口弄反，結(jié)果不能編譯。最后發(fā)現(xiàn)是把物理端口和虛擬端口接反了，導(dǎo)致整個電路電壓短路。</p><p>　　總之，我經(jīng)此次設(shè)計掌握了包含光通訊元件的電子電路的設(shè)計方法，鞏固和加深在“模電”和“通信光電子技術(shù)”課程中所學的理論知識，提高了