一种EDFA温控电路的分析

发布时间:2008/5/28 0:00:00 访问次数:622

摘要：根据掺铒光纤放大器（edfa）模块对泵源温度的严格要求，设计了一种双回路温控系统。该系统可使载体温度迅速达到给定的温度；通过微机的精确测温和对给定值的微调修正，使温控精度达到了±0.03～±0.05℃。

关键词：edfa模块；温控电路；电阻比较法

中图分类号：tn222.5 文献标识码：a 文章编号：1003-353x(2003)06-0033-05

1 引言

edfa模块主要包括两部分：光路模块和电路模块。光路模块的功能是光信号的驱动放大，电路模块则用于对光路模块中泵源980nm激光器进行测控，使edfa整机按预定预置的各项指标长期稳定、可靠的工作。本文设计了一种高精度、宽范围的温控电路。

2 980nmld组件特性

2.1 980nmld组件

980nmld载体器件安装在半导体制冷器上，通过改变流过制冷器的电流方向（决定致冷或加热）和大小，调节载体的温度。载体上安装有热敏电阻 rt为温度传感器。

2.2 980nmld的热传导模型

若流入（出）载体的热量速率为q ，载体向周围散发（吸收）的热量速率为qs ，根据热力学定律有如下关系：

cdθ/dt=q-qs (1)

式中，c是载体的热容量。载体温度 θ的大小决定于i流过半导体制冷器产生的电功率。因而 q与i为函数关系，且为非线性关系：q = f (i)。

由于最关心的是稳定值（亦工作点θ 0 ，i0）附近的变化。为此，将函数 q = f (i)进行线性化处理；并考虑到：

qs=θ/r (2)

r是载体向周围传热的热阻；并令： cr=t0，t0是 θ（t）变化的时间常数；kr=k 0，

则式（1）可写成动态方程：

这就是流过半导体制冷器的电流i (t)与载体温度q(t)的动态微分方程。若 i(t)象函数为i（s）；q (t)的象函数为q（s），则式（4）可写成传递函数形式：

显然，这是一个惯性环节。

设热敏电阻rt的热容量为 ct，载体向热敏电阻输出热量的速率为 qt，热阻为rw。在载体温度 θ的作用下，rt的温度θ t由以下方程描述：

用传递函数表示：θ(t) 象函数为θ(s): θt(t)象函数为θ t(s)则

其中，tw=c trw，这是积分环节。

3用于温度稳定的（模拟）自调系统

为了使980nmld稳定在预置（或给定）的温度上，温控系统应设计成自调系统。该系统的调节对象是“制冷器”，输出量是载体温度 θ(t)，象函数是θ（s）；输入量，亦给定值以电压形式 ud（t）输入，其象函数为u d（t），则自调节系统方框图如图1所示。以下给出组成方框图各部分的硬件电路，然后对系统的品质和误差进行分析和检测。

3.1 可控恒流源

在图1温控系统中，可控恒流源实质上是执行机构。图2（a）是可控恒流源电原理图。图中：ic1是电流取样负反馈放大器；ic2是误差放大器，；t1 、t2构成电流放大器。

图2（a）是由电流负反馈电路构成的恒流源。输出恒流i(t)流入制冷器。经推导i (t)与输入（控制）电压ui（ t）有如下关系：

显然ki为常数。这就是说，恒流源的输出与运放及晶体管参数无关，只与电阻r1、 r2和r0有关。因此，本恒流