Как выбрать ток для Лазерного Диода

lasers_Hobbi TV · 30.03.2010, 16:53

Думаю, многие из нас уже заметили, что в своих замерах я рекомендую два значения тока для времени работы Лазерного Диода (в дальнейшем - ЛД) в 100 и 1000 часов.

Так почему же именно эти цифры и откуда они берутся?

Одна из основных наших проблем – отсутствие документации на используемые ЛД. Поэтому изначально не понятно, на каком токе его эксплуатировать и какую мощность мы получим в итоге. После появления у нас Лазерометра, с мощностью стало проще – теперь ее можно определить по результатам замеров. Но остался другой вопрос: как определить время работы ЛД при том или ином токе?

Сделать это можно по формуле:

"Сокращение срока службы прибора, при превышении его мощностных параметров"

Идея Demon99974. Формула выглядит следующим образом:

N = e в степени (2/3(12*pi/a)*(n/100)), где

N – во сколько раз сократится срок работы прибора от времени, указанного производителем;
e - постоянная, равная 2,7182818284;
pi - постоянная, равная 3,1415926535;
a – коэффициент надежности прибора, имеет диапазон (2,5-3,5). Для нашего случая лучше выбирать среднее значение – 3;
n – процентное отношение превышенного тока к току, рекомендованному производителем.

Для примера, давайте рассчитаем эту формулу для ЛД из классической PHR (именно читающей, а не 4х). Ток, рекомендованный производителем – 90 мА. Мы подадим на него 120 мА. Во сколько же раз сократится срок службы ЛД?

n=120/90*100-100=33,3% - т.е. мы превысили ток, рекомендуемый производителем на 33,3 процента.

N = 2,7182818284 в степени (2/3(12*3,1415926535/3)*(33,3/100)) = 2,7182818284 в степени (0,66*(12,566370614)*(0,333)) = 2,7182818284 в степени 2,789734276308 = 16,28

Т.е. если мы подадим на такой ЛД ток – 120 мА, то сократим срок его службы в 16 раз.

Рассчитаем эту функцию для превышения токов в диапазоне 0-100%.

---Превышение тока, %---Сокращение работы ЛД, разы---
------------0--------------------------1,00---------------
------------5--------------------------1,52---------------
-----------10--------------------------2,31---------------
-----------15--------------------------3,51---------------
-----------20--------------------------5,34---------------
-----------25--------------------------8,12---------------
-----------30-------------------------12,35---------------
-----------35-------------------------18,77---------------
-----------40-------------------------28,53---------------
-----------45-------------------------43,38---------------
-----------50-------------------------65,94---------------
-----------55------------------------100,25---------------
-----------60------------------------152,41---------------
-----------65------------------------231,70---------------
-----------70------------------------352,24---------------
-----------75------------------------535,49---------------
-----------80------------------------814,08---------------
-----------85-----------------------1237,62---------------
-----------90-----------------------1881,50---------------
-----------95-----------------------2860,36---------------
----------100-----------------------4348,47---------------

График сокращения срока службы ЛД при превышении тока, рекомендованного производителем:

Вложение 597

Как видно из этого графика, превышение на 25% тока, рекомендуемого производителем для ЛД, сокращает его службу уже примерно в 10 раз! Дальнейшее превышение тока очень быстро убьет ЛД. Поэтому, разумно в некоторых случаях превышать ток именно на 25%.

Чтобы понять, сколько же наш ЛД проработает на том или ином токе, нам необходимо так же знать, какой ток рекомендует производитель и сколько же времени он проработает на нем.

Также, неплохо было бы понять, что они вообще подразумевают под временем работы ЛД.

В принципе, каждый производитель может иметь свою методику оценки времени работы ЛД. Однако, так исторически сложилось, что в отсутствии достоверной информации принято считать этот срок работы по методике Nichia. А она для своих ЛД устанавливает его равным 1000 часов. Вот отрывок из ее технической документации:

Вложение 598

Документация позаимствована у наших Западных коллег. Как видно, производитель гарантирует постоянную мощность своего ЛД в течение 1000 часов, однако не уточняет, с какой скоростью она будет падать в дальнейшем. Точных данных по этому вопросу нет. Подозреваю, что дальше она начнет падать по экспоненте. Схематически можно этот процесс изобразить в следующем виде:

Вложение 599

Поэтому, теоретически по скорости деградации ЛД можно определить весь вид кривой и достаточно точно определить ток, который рекомендует производитель. Однако, на практике нахождение внешнего вида функции по ее значению – это достаточно нетривиальная задача. Да и ЛД денег стоят.

Поэтому энтузиасты используют различные методики определения тока, рекомендуемого производителем по внешнему виду графиков.

На текущий момент, наибольшей популярностью пользуются 2 методики.

1. Определение максимального тока ( превышенного на 25% ). Наглядно ее можно продемонстрировать на графике мощности 4х.

Вложение 600

Не сложно заметить, что после 155 мА график мощности замедляет свой рост до отрицательного значения. Этот момент прозвали "плечо". Считается, что возле плеча будет располагаться ток с превышением в 25%. Соответственно, рекомендованный производителем ток можно пересчитать по формуле: 155/1,25 = 124 мА.

2. Определение рекомендованного производителем тока по максимальному КПД. Считается, что производитель рекомендует для своего ЛД ток с максимальным КПД. Наглядно ее можно продемонстрировать на графике КПД 4х.

Вложение 601

Не сложно заметить, что максимальный КПД наблюдается у ЛД при токе 105 мА. Соответственно, ток с превышением на 25% можно пересчитать по формуле: 105+0,25*105 = 131 мА.

Как вы уже заметили, полученные значения от этих методик не совпадают. Как правило, первую методику используют оптимисты, а вторую - консерваторы. Какой методикой пользоваться – решать вам! Я же в своих рекомендациях использую совмещенную, т.к. по первой методике не всегда очевиден превышенный ток, а вторая может дать слишком низкое, на мой взгляд, значение тока, рекомендуемого производителем...

B.E.S. · 30.03.2010, 17:38

Очень интересно!Спасибо за тему

!И Demon-у отдельное спасибо!

Koner · 30.03.2010, 19:20

pi - постоянная, равная 3,1415926535;.....??????

А что в этих формулах делают геометрические постоянные ????

lasers_yuri · 30.03.2010, 19:35

Это экспериментально полученная формула или выведенная?

lasers_Hobbi TV · 30.03.2010, 22:42

Цитата:

Сообщение от Koner :

А что в этих формулах делают геометрические постоянные ????

Если честно, то не задумывался над этим вопросом!

Посчитал - сошлось с мнением наших Западных коллег.

Добавлено через 47 секунд

Цитата:

Сообщение от yuri :

Это экспериментально полученная формула или выведенная?

Не знаю! Думаю, Demon лучше меня на этот вопрос ответит...

lasers_INFERION · 31.03.2010, 00:22

Так ведь зависимость экспоненциальная, вот геометрическую постоянную, для придачи такой формы, и всобачили. То же самое и с расчётом реактивного сопротивления конденсаторов и дросселей на определённой частоте. Там ведь тоже фигурирует геометрическая постоянная - число pi.

lasers_yuri · 31.03.2010, 01:59

Цитата:

Сообщение от INFERION :

Так ведь зависимость экспоненциальная, вот геометрическую постоянную, для придачи такой формы, и всобачили.

Ну бессмысленная же фраза.

Цитата:

То же самое и с расчётом реактивного сопротивления конденсаторов и дросселей на определённой частоте. Там ведь тоже фигурирует геометрическая постоянная - число pi.

Там смысл самый очевидный - период колебаний синусоидального тока равен

, период синуса -

, вот и получается, что ток изменяется пропорционально

. Эта величина входит в дифференциальное уравнение, описывающее цепь, из которого и вытекают прочие параметры цепи.

По-моему, в данной формуле пи стоит чисто для красоты, что косвенно подтверждается тем, что уж 12 в числителе и 3 в знаменателе-то точно можно было сократить, но дробь

выглядит внушительнее.

Koner · 31.03.2010, 10:11

Цитата:

Сообщение от yuri :

Ну бессмысленная же фраза.

Вот и я о том-же......

Притянули за уши какие-то расчеты , которые вроде похожи, а о их смысле ни кто и не задумывался....
Хотя есть методики и расчеты по надежности РЭС и они давно отработаны...

А с еще более другой стороны - на все воля случая ... попадет в ваш лазер или микросхему драйвера космическая частица с высокой энергией .... и все, лавинный пробой обеспечен.....и расчеты не помогут.... и выбор тока тоже .....

lasers_Hobbi TV · 31.03.2010, 18:16

Цитата:

Сообщение от Koner :

Притянули за уши какие-то расчеты , которые вроде похожи, а о их смысле ни кто и не задумывался....

Все началось с того, что я обнаружил эту тему. В ней наши Западные коллеги утверждали, что превышение тока на 20% от рекомендованного производителем, сокращает срок службы ЛД в 10 раз. При этом, формул не писали - а показали график. Только выложили его на каком-то хранилище картинок, соответственно, самого графика в теме уже не было. А Demon формулу отыскал в какой-то литературе...

Цитата:

Хотя есть методики и расчеты по надежности РЭС и они давно отработаны...

Поделитесь?

Koner · 31.03.2010, 19:54

Цитата:

Сообщение от Hobbi TV :

Поделитесь?

С наскока эта книжка не нашлась.... буду искать, найду- подарю....
Только в душу мою вкрадываются опасения, что эта книжка вместе с некоторыми другими.....перекочевала в мусорный бачек, даже не оповестив меня об этом .......

Koner · 31.03.2010, 20:08

Цитата:

Сообщение от Hobbi TV :

Все началось с того, что я обнаружил эту тему. В ней наши Западные коллеги утверждали, что превышение тока на 20% от рекомендованного производителем, сокращает срок службы ЛД в 10 раз. При этом, формул не писали - а показали график. Только выложили его на каком-то хранилище картинок, соответственно, самого графика в теме уже не было. А Demon формулу отыскал в какой-то литературе...

Тут видимо есть смысл провести эксперимент... они там тоже могут ошибаться .... хорошо бы данные производителя найти....

lasers_yuri · 31.03.2010, 20:09

Тут большая глава посвящена надёжности РЭС.
http://www.log-in.ru/books/...
Только посылать в такие книги - всё равно, что посылать в гугл.
Там есть общие формулы статистики (вероятность безотказной работы, средняя наработка на отказ), но снижение ресурса диода при превышении тока на заданную величину по ним не посчитаешь. Нужно измерять, а формулы нужны для обработки результатов измерений.

lasers_Hobbi TV · 31.03.2010, 22:05

Цитата:

Сообщение от Koner :

Только в душу мою вкрадываются опасения, что эта книжка вместе с некоторыми другими.....перекочевала в мусорный бачек, даже не оповестив меня об этом .......

Знакомая ситуация...

Добавлено через 4 минуты

Цитата:

Сообщение от Koner :

они там тоже могут ошибаться

Да понятно, что они не Боги. Только тут уже 2 теории совпали. Вообщем, надо Demon'а подождать! Куда-то он пропал...

Цитата:

хорошо бы данные производителя найти....

Если бы они были, то мы бы не гадали!

Да и ЛД мерить бы не надо было...

Добавлено через 37 секунд

Цитата:

Сообщение от yuri :

Только посылать в такие книги - всё равно, что посылать в гугл.

lasers_madtehnik · 31.03.2010, 22:16

Вставлю свои пять копеек....Боюсь методики расчёта надёжности РЭС к ЛД мало применима хотя бы из за наличия оптического резонатора....

lasers_yuri · 31.03.2010, 23:52

Ими можно хоть паровые машины рассчитывать. Это чуть менее чем полностью тервер и матстат.

Demon99974 · 15.05.2010, 21:31

Цитата:

Сообщение от yuri :

Это экспериментально полученная формула или выведенная?

Формула получена эмпирическим путем, и применяется для определения параметра надежности некоторых узлов при проэктировании радио-электронной аппаратуры. Считаю что с некоторой степенью точности может быть применена и для наших лазерных дел.

Demon99974 · 15.05.2010, 21:44

Цитата:

Сообщение от Koner :

pi - постоянная, равная 3,1415926535;.....??????

А что в этих формулах делают геометрические постоянные ????

А в эмпирических формулах постоянные "е" и "п" обычное дело,поскольку весь процесс носит вероятносный характер. Кстати в таких эмпирических (т.е. построенных на поиске закономерностей по ряду экспериментов,а в меньшей степени на математических выкладках) науках,имеет место так называемый закон степени 3/2 ,когда одним из множителей в формуле выступает "е" в степени 3/2 помноженных еще на какой либо параметр. Да и в теории вероятности и "Гаусовом" распределении число "п" тоже имеет место.

Добавлено через 4 минуты
Кстати,к эмпирическим также относятся такие науки как "акустика",тем более "нелинейная аккустика",а так же "шумы и вибрации",хотя в основе своей базируются на вполне математически выведенных и в последствии подтвержденных волновых уравнениях,с нелинейым членом(нелинейная аккустика) либо без него (линейная аккустика).

30.03.2010, 16:53	1
lasers_Hobbi TV Ветеран Фонарёвки Регистрация: 14.02.2010 Последняя активность: 18.11.2015 19:18 Сообщений: 9050 Сказал(а) спасибо: 0 Поблагодарили: 0 раз(а) в 0 сообщениях	Как выбрать ток для Лазерного Диода Думаю, многие из нас уже заметили, что в своих замерах я рекомендую два значения тока для времени работы Лазерного Диода (в дальнейшем - ЛД) в 100 и 1000 часов. Так почему же именно эти цифры и откуда они берутся? Одна из основных наших проблем – отсутствие документации на используемые ЛД. Поэтому изначально не понятно, на каком токе его эксплуатировать и какую мощность мы получим в итоге. После появления у нас Лазерометра, с мощностью стало проще – теперь ее можно определить по результатам замеров. Но остался другой вопрос: как определить время работы ЛД при том или ином токе? Сделать это можно по формуле: "Сокращение срока службы прибора, при превышении его мощностных параметров" Идея Demon99974. Формула выглядит следующим образом: N = e в степени (2/3(12pi/a)(n/100)), где N – во сколько раз сократится срок работы прибора от времени, указанного производителем; e - постоянная, равная 2,7182818284; pi - постоянная, равная 3,1415926535; a – коэффициент надежности прибора, имеет диапазон (2,5-3,5). Для нашего случая лучше выбирать среднее значение – 3; n – процентное отношение превышенного тока к току, рекомендованному производителем. Для примера, давайте рассчитаем эту формулу для ЛД из классической PHR (именно читающей, а не 4х). Ток, рекомендованный производителем – 90 мА. Мы подадим на него 120 мА. Во сколько же раз сократится срок службы ЛД? n=120/90100-100=33,3% - т.е. мы превысили ток, рекомендуемый производителем на 33,3 процента. N = 2,7182818284 в степени (2/3(123,1415926535/3)(33,3/100)) = 2,7182818284 в степени (0,66(12,566370614)(0,333)) = 2,7182818284 в степени 2,789734276308 = 16,28 Т.е. если мы подадим на такой ЛД ток – 120 мА, то сократим срок его службы в 16 раз. Рассчитаем эту функцию для превышения токов в диапазоне 0-100%.* ---Превышение тока, %---Сокращение работы ЛД, разы--- ------------0--------------------------1,00--------------- ------------5--------------------------1,52--------------- -----------10--------------------------2,31--------------- -----------15--------------------------3,51--------------- -----------20--------------------------5,34--------------- -----------25--------------------------8,12--------------- -----------30-------------------------12,35--------------- -----------35-------------------------18,77--------------- -----------40-------------------------28,53--------------- -----------45-------------------------43,38--------------- -----------50-------------------------65,94--------------- -----------55------------------------100,25--------------- -----------60------------------------152,41--------------- -----------65------------------------231,70--------------- -----------70------------------------352,24--------------- -----------75------------------------535,49--------------- -----------80------------------------814,08--------------- -----------85-----------------------1237,62--------------- -----------90-----------------------1881,50--------------- -----------95-----------------------2860,36--------------- ----------100-----------------------4348,47--------------- График сокращения срока службы ЛД при превышении тока, рекомендованного производителем: Вложение 597 Как видно из этого графика, превышение на 25% тока, рекомендуемого производителем для ЛД, сокращает его службу уже примерно в 10 раз! Дальнейшее превышение тока очень быстро убьет ЛД. Поэтому, разумно в некоторых случаях превышать ток именно на 25%. Чтобы понять, сколько же наш ЛД проработает на том или ином токе, нам необходимо так же знать, какой ток рекомендует производитель и сколько же времени он проработает на нем. Также, неплохо было бы понять, что они вообще подразумевают под временем работы ЛД. В принципе, каждый производитель может иметь свою методику оценки времени работы ЛД. Однако, так исторически сложилось, что в отсутствии достоверной информации принято считать этот срок работы по методике Nichia. А она для своих ЛД устанавливает его равным 1000 часов. Вот отрывок из ее технической документации: Вложение 598 Документация позаимствована у наших Западных коллег. Как видно, производитель гарантирует постоянную мощность своего ЛД в течение 1000 часов, однако не уточняет, с какой скоростью она будет падать в дальнейшем. Точных данных по этому вопросу нет. Подозреваю, что дальше она начнет падать по экспоненте. Схематически можно этот процесс изобразить в следующем виде: Вложение 599 Поэтому, теоретически по скорости деградации ЛД можно определить весь вид кривой и достаточно точно определить ток, который рекомендует производитель. Однако, на практике нахождение внешнего вида функции по ее значению – это достаточно нетривиальная задача. Да и ЛД денег стоят. Поэтому энтузиасты используют различные методики определения тока, рекомендуемого производителем по внешнему виду графиков. На текущий момент, наибольшей популярностью пользуются 2 методики. 1. Определение максимального тока ( превышенного на 25% ). Наглядно ее можно продемонстрировать на графике мощности 4х. Вложение 600 Не сложно заметить, что после 155 мА график мощности замедляет свой рост до отрицательного значения. Этот момент прозвали "плечо". Считается, что возле плеча будет располагаться ток с превышением в 25%. Соответственно, рекомендованный производителем ток можно пересчитать по формуле: 155/1,25 = 124 мА. 2. Определение рекомендованного производителем тока по максимальному КПД. Считается, что производитель рекомендует для своего ЛД ток с максимальным КПД. Наглядно ее можно продемонстрировать на графике КПД 4х. Вложение 601 Не сложно заметить, что максимальный КПД наблюдается у ЛД при токе 105 мА. Соответственно, ток с превышением на 25% можно пересчитать по формуле: 105+0,25*105 = 131 мА. Как вы уже заметили, полученные значения от этих методик не совпадают. Как правило, первую методику используют оптимисты, а вторую - консерваторы. Какой методикой пользоваться – решать вам! Я же в своих рекомендациях использую совмещенную, т.к. по первой методике не всегда очевиден превышенный ток, а вторая может дать слишком низкое, на мой взгляд, значение тока, рекомендуемого производителем... Миниатюры

30.03.2010, 17:38	2
B.E.S. Ветеран Фонарёвки Регистрация: 11.02.2010 Последняя активность: 03.09.2015 13:00 Сообщений: 711 Сказал(а) спасибо: 0 Поблагодарили: 0 раз(а) в 0 сообщениях	Очень интересно!Спасибо за тему!И Demon-у отдельное спасибо!

30.03.2010, 19:20	3
Koner Увлеченный Регистрация: 19.02.2010 Последняя активность: 02.09.2015 17:33 Сообщений: 52 Сказал(а) спасибо: 0 Поблагодарили: 0 раз(а) в 0 сообщениях	pi - постоянная, равная 3,1415926535;.....?????? А что в этих формулах делают геометрические постоянные ????

30.03.2010, 19:35	4
lasers_yuri Увлеченный Регистрация: 12.02.2010 Последняя активность: 15.02.2011 20:41 Сообщений: 273 Сказал(а) спасибо: 0 Поблагодарили: 0 раз(а) в 0 сообщениях	Это экспериментально полученная формула или выведенная? __________________

31.03.2010, 00:22	6
lasers_INFERION Ветеран Фонарёвки Регистрация: 15.02.2010 Последняя активность: 24.08.2019 11:36 Сообщений: 1362 Сказал(а) спасибо: 0 Поблагодарили: 0 раз(а) в 0 сообщениях	Так ведь зависимость экспоненциальная, вот геометрическую постоянную, для придачи такой формы, и всобачили. То же самое и с расчётом реактивного сопротивления конденсаторов и дросселей на определённой частоте. Там ведь тоже фигурирует геометрическая постоянная - число pi.

31.03.2010, 20:09	12
lasers_yuri Увлеченный Регистрация: 12.02.2010 Последняя активность: 15.02.2011 20:41 Сообщений: 273 Сказал(а) спасибо: 0 Поблагодарили: 0 раз(а) в 0 сообщениях	Тут большая глава посвящена надёжности РЭС. http://www.log-in.ru/books/... Только посылать в такие книги - всё равно, что посылать в гугл. Там есть общие формулы статистики (вероятность безотказной работы, средняя наработка на отказ), но снижение ресурса диода при превышении тока на заданную величину по ним не посчитаешь. Нужно измерять, а формулы нужны для обработки результатов измерений.

31.03.2010, 22:16	14
lasers_madtehnik Ветеран Фонарёвки Регистрация: 14.02.2010 Последняя активность: 31.07.2018 12:33 Сообщений: 689 Сказал(а) спасибо: 0 Поблагодарили: 0 раз(а) в 0 сообщениях	Вставлю свои пять копеек....Боюсь методики расчёта надёжности РЭС к ЛД мало применима хотя бы из за наличия оптического резонатора.... __________________ могу работать , могу не работать [SIGPIC]http://forum.hobbi.tv/image.php?type=sigpic&userid=18&dateline=1268848887[/SIGPIC]

31.03.2010, 23:52	15
lasers_yuri Увлеченный Регистрация: 12.02.2010 Последняя активность: 15.02.2011 20:41 Сообщений: 273 Сказал(а) спасибо: 0 Поблагодарили: 0 раз(а) в 0 сообщениях	Ими можно хоть паровые машины рассчитывать. Это чуть менее чем полностью тервер и матстат.