Если вы надумали
собрать сей лазерный девайс и ваши руки достаточно прямые, то вам сюда
:) Эта самодельная лазерная указка выбивается из общей картины «фонарик,
оптика с готового лазерного модуля и резистор с батарейками». Статья
громоздкая и осилит её только тот, кто действительно заинтересован в
построении маленького, практичного и качественного девайса…
Началось всё с того, что у меня начал барахлить мой NEC AD-7170A. А у
меня тогда как раз сильно чесались руки его вскрыть, чтоб извлечь оттуда
одну маленькую, но ценную вещь… И обнаружил я там лазерный диод (далее
просто «ЛД») с «открытым верхом». Меня это и порадовало и расстроило
одновременно... Ведь мощность таких диодов больше, охлаждение гораздо
лучше, корпус крупнее и добротнее да и нет проблем с разводами в луче
из-за упавшей на стекло пылинки. С другой стороны, он совсем не защищён,
чем это грозит сами догадываетесь… Тем не менее я понимал что повредить
его не так уж и просто. Там используются стеклоподобные материалы и
золото, которое не боится окислителей и т.п. Пальцами не лапать, не
«хэкать» на него и этого достаточно. Судорожно защищать его от статики,
как это делают многие, я не стал. С электроникой на «ты», и прекрасно
понимаю, что если руки растут откуда надо, а паяльник человеческий и
током не бьётся – боятся нечего. В кристалле нет тонких диэлектрических
плёнок, как в полевиках, а собственная ёмкость ЛД не позволит проникнуть
слабому статическому заряду. Ещё раз повторяю – слабому. Перед пайкой я
обязательно касаюсь батареи.
Вы уж извините, но я не люблю
загромождать текст лишними фотографиями и люблю много писать. Поэтому их
будет по возможности меньше, а текста больше. Будут показаны только
самые информативные и самые интересные моменты. Статья получится
компактней и вам не придется беспокоится за трафик :)
После
того, как я успешно извлёк ЛД, я решил посмотреть на его ВАХ
(вольтамперная характеристика). Выяснилось, что она достаточно мягкая
для использования даже не очень «честного» стабилизатора напряжения. Да.
Именно напряжения. Я же вас предупредил, что эта система нестандартная?
Дело в том, что мой мозг родил одну интересную теорию, которую я и
хотел проверить на практике. Всем известно, что при понижении
температуры КПД ЛД растёт. И если потребляемый ток останется на прежнем
уровне – ЛД выйдет из строя из-за слишком высокой интенсивности
излучения. По этой причине у людей указки чаще всего горят на морозе.
Сам кристалл способен выдержать в несколько раз большие токи, но зеркала
в резонаторе безвозвратно вышибает светом…
Вот вам ориентировочная характеристика температурной зависимости ЛД (не моего) при токе в 200мА:
- при температуре 75 градусов выходная мощность около 110 мВт
- при температуре 20 градусов выходная мощность около 170 мВт
Ну как? Нехило прыгает, правда? Что же получается? Подать
максимальный рабочий ток мы не можем, т.к. ЛД холодный и моментально
повредится. А если мы подадим максимальный безопасный ток, то сразу же
после включения мощность сильно просядет из-за температурного
сопротивления кристалл-корпус. Затем разогреется сам радиатор и мощность
ещё сильнее упадёт...
Для того, чтоб избежать этой проблемы –
используют разные методы. Самый точный – обратная оптическая связь. В
корпусе ЛД сидит фотодиод, который командует драйвером. Но в наших
приводах этот фотоэлемент спрятан аж где-то в головке самого привода. И
мы часто используем простую термокомпенсацию и плавный пуск. Но я решил
пойти по более простому пути – подавать на ЛД не стабильный ток, а
стабильное напряжение. В этом случае в качестве термокомпенсатора
работает сам кристалл ЛД. Работает очень быстро и точно. Как так
происходит? Не всем известно что при нагреве у полупроводников падает
сопротивление или напряжение падения. Вот этим я и воспользовался. Диод
нагревается – напряжение падения падает, ток растёт (т.к. напряжение
источника стабильное), а излучаемая мощность остаётся на прежнем уровне
из-за снижения КПД. Я не ожидал 100%-ной стабилизации. Ведь всё зависит
от жесткости ВАХ ЛД на рабочем токе, а она тем жестче, чем выше ток. Но
тем не менее результаты меня порадовали. Когда я подключил ЛД к
источнику напряжения через 1 Ом, то после прогрева его яркость падала в
два раза! Мерял обычным красным светодиодом, подключенным к мультиметру в
режиме измерения напряжения. После того как я замерял напряжение
падения на ЛД, в холодном состоянии и при номинальном токе (320мА), я
выставил на стабилизаторе такое же и замкнул резистор. Как вы думаете,
на сколько у меня упала яркость после прогрева? На четверть!
Теоретически оптимальная жесткость ВАХ лежит где-то в пределах 400-500
мА, что является рабочим током ЛД из более скоростных приводов. Стоит
попробовать, но и это лучше чем ничего.
Ну с термокомпенсацией
разобрались. Следующий шаг – выбор схемы питания. Я остановился на
LM2621. Довольно честный и компактный преобразователь. Некоторые говорят
что он не способен понижать напряжение и его нельзя питать от двух
пальчиковых батареек или одного Li-ion аккумулятора. Мол только два
обычных аккумулятора и точка… Но это не так. Полистайте даташит. Там
есть специальная схема включения с ещё одним дросселем и разделительным
конденсатором. Вот на ней я и остановился, правда изменил немного:
КПД
этой схемы (измеренное на практике) – 84…87%, в зависимости от заряда
аккумулятора (2,5…4,2V). Максимальный ток не мерял, т.к. мне его
мощности хватило с явным запасом. Стабильность выходного напряжения
очень сильно зависит от ёмкости выходного сглаживающего конденсатора. С
моими танталовыми 47мкФ, найденных на плате старого привода, разброс не
более 0,01V. Точнее замерять не смог, т.к. у мультиметра не хватило
разрядности. ВАХ ЛД при этом позволяла мне менять напряжение в пределах
0,05V без существенного изменения тока. Рабочее напряжение у меня
получилось 3,12V. Все детали, кроме самой LM2621, я нашёл на различном
комповом железе. Подстроечник с головки всё того же бедного привода
(будет знать как сдыхать!). С него же и диод Шоттки. Дросселя с блоков
питания. Их даже перематывать не обязательно. Остальные конденсаторы и
резисторы наковырял на платах старого CD привода и видеокарты.
В
будущем я попробую сделать какой-то линейный стабилизатор напряжения с
практически нулевым остаточным напряжением падения на нём. Например на
интегральном стабилизаторе PQ30RV2 или PQ30RV21. Это позволит
существенно упростить схему. КПД немного пострадает, но оно того стоит.
Да и аккумулятор будет разряжаться до безопасного уровня.
Теперь мне нужно подумать над корпусом… Пока что сделаю его с куска
водопроводной трубы, из нержавейки. В качестве выключателя будет
использоваться задняя крышка. Тоже из семейства водопроводных заглушек.
Когда я её поверну до упора – аккумулятор нажмёт на кнопку и подключится
к драйверу. А с другой стороны будет гайка с бронированной
сантехнической трубки и я смогу ею регулировать фокус. Когда она
закручена до упора – луч прямой. Звучит удобно. Всё равно эта резина
воду портит… Отверстие в этой гайке закрою защитным стеклом. Пусть оно и
жрёт часть мощности, но зато я не буду бояться за нежную пластиковую
оптику. Стекло это вырежу из предметного стёклышка для микроскопа, а
приклею на обычный строительный белый силикон. У него мёртвая хватка.
Начинку сделаю из "банок" - корпусов от конденсаторов. В одной
банке сделаю полностью самостоятельный лазерный модуль с ЛД, драйвером,
кнопкой, охлаждением и прижимающей аккумулятор пружинкой. А во второй
банке расположу оптику и пружинку, упирающуюся в первый модуль. Сам
оптический модуль будет упираться в переднюю крышку с окном. Модули
можно будет менять как детали в конструкторе. Открывается широкое поле
для экспериментов и фантазий... В общем хватит идей. Пора браться за
работу:
Корпус
получился грубым и некрасивым, но со своими обязанностями он
справляется как положено. Так что тут я его не покажу, но вы увидите
его ниже. Лазерный модуль меня полностью удовлетворил. А вот с
оптическим пришлось повозится. Я попробовал линзы от китайской лазерки,
головки привода и даже какую-то громадину от светодиодного фонарика. С
линзами от лазерки и фонарика луч был с нехилой аурой, а линза от
головки мне понравилась. Очень тонкий и качественный луч, но он слишком
сильно расходится, а это удар ниже пояса :) И тут мне стукнула в голову
идея – использовать две качественные просветлённые длиннофокусные линзы,
выковырянные с головок пары приводов. Благо у меня этого хлама полный
шкаф… В оптике я не силён, но у меня получилось с первого раза собрать
объектив (теперь это иначе не назвать), который меня полностью
удовлетворил своими параметрами:
Спичка
зажглась с 2,5м (так уж принято – оценивать мощность в спичках на метр)
в то время, как все остальные варианты разрешали мне отойти максимум на
0,5…1м. Но и тут не без косяков... Есть какие-то специфические
искажения с фокусом. Будто источник света не точечный, а виде немного
вытянутой вдоль оси палочки. Но они не сильно заметны. Вот вам фото, на
котором я освещаю облака:
Признаюсь.
Это тип облаков, который низко стелиться. Тут где-то 300 метров всего
(судя по размерам точки), а ночная температура увеличила размер капель
до таких, что они очень эффективно возвращают свет моего лазера
(наверное). Поэтому точка такая яркая и чёткая. Другими словами не
летайте в небесах – я вас немного обманул :)
Кстати, про
"спички на метр". На форумах читал баснословные цифры в 5 и более метров
с обычной убогой оптикой от китайских модулей. Сначала думал, что
что-то я сделал не так, но потом решил что лазерщикам доступны такие же
слабости как и рыбакам... Но стёклышко своё мне всё же надо заменить на
кварцевое. Без него заметно лучше жжет.
Игрушка получилась
интересная, но мне этого было мало и я решил устроить лазерное шоу.
Сначала слепил простую конструкцию, которую вы видите на фото:
А вот что она творит:
Затем пошагал ещё дальше. Приклеил пару зеркал к гофрам динамиков и подал на них звук:
Один динамик отклоняет луч по вертикали, а другой по горизонтали.
Не
судите строго выбранный мною трек. С динамичными сценами мягкий гофр на
пару с тяжелыми зеркалами не справлялся. Нужно было поискать что-то
простое. Из-за высокой яркости луча мой фотик заснял и сильные
переотражения в своём объективе. Он вообще ненавидит этот луч... На
стене вместо 5мм точки – фотографирует жирнющее белое пятнище с кулак...
Блин.
Аккумулятор сел. Я его с момента покупки так и не заряжал. Хватило
всего на три дня :) Пора бы задуматься о зарядном устройстве. Ведь
Li-ion аккумуляторы очень требовательны к зарядному режиму… «Такс. Это
сложное, а это некачественно питает… Придумал!» С этими мыслями я полез в
свою железную помойку искать китайский адаптер. Мой богатый опыт
приучил меня заряжать аккумуляторы так, чтоб они вообще не нагревались.
После того как я нашёл этот БП, я вскрыл его и замерял ток короткого
замыкания трансформатора – 1,2А. Маловато, но мне хватит. В итоге
родилась вот такая простая, но качественно питающая схема зарядного
устройства:
А вот и само устройство:
Ток
ограничивается самим трансформатором до 0,35А. За счёт
однополупериодной схемы выпрямления трансформатор не перегревается
несмотря на свою китаёзность, а аккумулятор питается импульсным током,
который им всем вы не представляете как нравится. При этом зарядка
ограничивает напряжение до 4,2V. Полтора часа аккумулятор «быстро»
заряжается до 70%, а затем ещё два часа впитывает оставшиеся 30% заряда.
Всё как по даташиту, только лучше. Аккумулятор не греется вообще
(правда его греет сам зарядник). Я ещё жив, а квартира не сгорела.
Значит задача выполнена успешно. Более того у этой зарядки есть
индикатор заряда. Светодиод загорается когда аккумулятор зарядится. Но
главное – предельная простота зарядки благодаря нестандартному подходу к
некоторым вещам. В общем и вам на первое время советую. Только не
забывайте за символический радиатор для LM-ки и вентиляцию корпуса.
В общем поигрался и хватит. Пора двигаться дальше. Что это за
убожеский кусок сантехнического лазерно-водопроводного изделия? Пора
искать хорошего токаря. На столько хорошего, что расстояние в полторы
тысячи километров помехой быть не может. Я даже знаю кого. Чертёж уже
подготовлен, осталось им распугать всех знакомых, чтоб остался только
он…
Шикарно?
О да! Я сам не ожидал такой работы. Смотрится здорово. Я хотел чтоб мне
сделали достойный корпус своему лазеру, а получилось наоборот. Теперь
мне нужно искать достойный лазер этому корпусу :). Эксклюзив!.. Только с
надписью «It is INFERION made» Валера немного перестарался. Тут его
работы больше чем моей, а все свои заслуги на меня списал.
В задней крышке есть фиксатор на три положения:
1. Блокировка – крышка не достаёт до кнопки, даже если на неё нажать.
2. Рабочее положение – крышка работает как кнопка.
3. Фиксация – закручена почти до упора и кнопка постоянно нажата.
При этом угол между положениями всего 30°.
Ну, вот и финал. В дальнейшем я сделаю ещё ИК модуль и
однолинзовый оптический модуль с 8мм лучом. Кстати сейчас моего лазера
хватает на 2 часа беспрерывной работы от аккумулятора, ёмкостью 700мА/ч,
а его габариты всего 25 на 105мм! При этом почти полный функционал и
универсальность при относительной простоте конструкции.
Сейчас я жду
посылку с этим корпусом. Правда там ещё и горстка светодиодов с ещё
одним, не менее крутым корпусом к фонарику. Валерий оказался очень
щедрым человеком, но это уже другая история. Когда-нибудь и фонарик вам
покажу. В общем ждите обновлений статьи, как только я наделаю новых
фотографий работы лазера под водой.
Надеюсь эта статья помогла вам сообразить некоторые моменты в этом нехитром деле – лазеростроении.
И помните: если у вас кривые руки – эта статья Вам не поможет!
Ну
и не забывайте, что лазер очень опасная игрушка, и запросто можно
остаться без глаз, или испортить зрение кому-то из Ваших близких. Я
очень серьёзно!
Источник: Bn-P.Ru
