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1、西安工业大学北方信息工程学院西安工业大学北方信息工程学院 本科毕业设计本科毕业设计(论文论文) 题目：光调制器设计题目：光调制器设计 系 别： 光电信息系 专 业： 光电信息工程 班 级： B090104 学 生： 张鹏飞 学 号： B09010424 指导教师： 尚小燕 2013年5月 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 系（部） 光电信息系 专业 光电信息工程 姓名 张鹏飞 学号 B09010424 1.毕业设计（论文）题目： 光调制器设计 2.题目背景和意义：在光电系统中，获取的有效光强信息往往受到背景噪声的影响，如 何从背景噪声中提取有用信号，一直是人们不断研究的课题之一，目
2、前，锁相相关技 术是提取有用信号的有效方法，此技术要求对入射光信号进行调制，本课题基于此提 出，对光波信号进行调制。 3.设计(论文)的主要内容（理工科含技术指标）： 1、了解光调制器的用途；2、提出 机械调制方法，设计光调制器结构及相应电路，对相关器件进行选型；3、给出相关标 定方法；4、查阅一篇与设计相关的外文文献，并进行翻译。 4.设计的基本要求及进度安排（含起始时间、设计地点）： 2012.11.262012.12.17 查阅相关书籍，搜集资料，了解光调制器的用途，和它的基 本原理；完成开题报告。 2012.12.182013.2.10 对光调制器的结构进行设计，并进行器件选型； 20
3、13.2.112013.3.15 对光调制器电路进行设计；完成中期报告。 2013.3.162013.4.12 撰写论文，并准备毕业答辩。 5.毕业设计（论文）的工作量要求 实验（时数）*或实习（天数）： 无 图纸（幅面和张数）*：不少于 8 张； 其他要求：论文（字数）：1.5 万字；外文翻译（字数）：30005000 字； 参考 文献：不少于 15 篇。 指导教师签名： 年 月 日 学生签名： 年 月 日 系主任审批： 年 月 日 说明：1 本表一式二份，一份由各系集中归档保存，一份学生留存。 2 带*项可根据学科特点选填。 光调制器设计光调制器设计 摘要摘要 在光电系统中，获取的有效光强
4、信息往往受到背景噪声的影响，锁相 相关技术是提取有用信号的有效方法，此技术要求对入射光信号进行调制。 斩波器的作用其实是为锁相放大器提供一个参比信号，以便于锁相能够识别 出微弱的光电流。斩波器叶片的转动会周期性的阻断照到研究电极的光路， 因而导致研究电极产生周期性的光电流，此时斩波器的频率输入给锁相，由 锁相计算出光电流的大小。 光学斩波器的设计内容主要包括主电路，控制电路，驱动电路和保护电 路的设计，器件选型和结构设计。深入了解各个模块的工作原理和功能，使 各部分正常运转。 本文对光学斩波器的设计原理，电路设计和结构设计进行了介绍。 关键词关键词：光学斩波器；电路设计；器件选型；结构设计；
5、II The Light Modulator Design Abstract In photovoltaic system,the effective intensity information is often influenced by background noise，Phase locked technology is an effective method to extract the useful signal, the technical requirements of the incident light signal modulation. The role of chopp
6、er is actually providing a phase-locked amplifier with a reference signal, so that the phase locking can identify weak photocurrent. Chopper blade rotation periodically block electrode according to the research of optical path, thus leads the electrode photocurrent cyclical, the chopper to phase loc
7、ked frequency input, the size of the photocurrent is calculated from phase locked. Optical chopper design content mainly includes the main circuit, control circuit, drive circuit and protection circuit design, device selection and structure design. Insight into the working principle and function of
8、each module, each part of the normal operation. In this paper, the optical chopper design principle, circuit design and structure design are introduced. Key Words：optical chopper; wiring design; device type selection; structure design III 目目 录录 1 绪论绪论.1 1.1 课题研究的背景和意义1 1.2 国内外研究发展现状1 1.3 论文的组织结构2 1.
9、4 本课题研究的主要内容2 2 光学斩波器简介光学斩波器简介2 2.1 直流斩波器简介3 2.2 直流斩波器原理4 2.2.1 直流斩波电路包括三个部分电路模块。.4 2.2.2 全控器件 IGBT 简介 .4 2.2.3 直流斩波器的基本原理图5 3 直流降压斩波器设计直流降压斩波器设计.6 3.1 主电路设计方案6 3.1.1 主电路基本电路图.6 3.1.2 主电路电流电压分析.6 3.2 控制电路模块设计.7 3.2.1 斩波电路控制方式：.7 3.2.2 SG3525 原理及功能.8 3.2.3 SG3535 内部结构简介.9 3.2.4 SG3525 芯片引脚.10 3.2.5 控
10、制电路图.11 3.3 驱动电路模块设计.11 3.3.1 驱动电路模块功能.11 3.3.2 驱动电路的隔离方式.12 IV 3.3.3 EXB841 的驱动原理13 3.4 保护电路设计.13 3.4.1 主电路器件保护.14 3.4.2 负载过压保护.14 3.4.3 过电流保护.15 3.5 直流降压斩波电路整体电路图.16 4 直流斩波器结构设计直流斩波器结构设计.18 4.1 结构设计要求18 4.2 斩波调速原理18 4.3 结构设计总结19 5 总结总结.20 参考文献参考文献.21 致谢致谢.23 毕业设计（论文）知识产权声明毕业设计（论文）知识产权声明24 毕业设计（论文）
11、独创性声明毕业设计（论文）独创性声明25 附录附录26 1 绪论 1 1 绪论绪论 1.1 课题研究的背景和意义课题研究的背景和意义 在光电系统中，获取的有效光强信息往往受到背景噪声的影响，如何从 背景噪声中提取有用信号，一直是人们不断研究的课题之一，目前，锁相相 关技术是提取有用信号的有效方法，此技术要求对入射光信号进行调制，本 课题基于此提出，对光波信号进行调制。 1.2 国内外研究发展现状国内外研究发展现状 光调制技术虽然早在四十年代就已有不少研究和报导，但具有实用价值 的光调制器却是在七十年代前后才发展成熟的。近一二十年来,光学和光电 子学中的光调制器的研究和应用迅速地发展。随着微电子
12、和光电子集成技术 的进步以及两者的紧密结合,大大地促进了光调制器的发展。而光调制器所 具有的能调制光束的重要功能,使其成为构成实时光学信息处理、光计算等 系统的关键器件。正因为如此,光调制器在现代光学领域中具有越来越重要 的地位和价值,它是光学、光电混合系统进行光互连、光学相关、光计算、 模式识别、光学控制、光学检测、图象处理、显示技术等中的基本构件和关 键器件1。世界上有许多国家在从事光调制器的研究,其中,美国是起步最早、 技术最先进的国家,其研究机构有空军实验室、波斯顿大学及其微机械公司、 斯坦福大学、加州大学 Berkeley 分校传感器与执行器中心、加州大学圣克鲁 斯分校、劳伦斯国家实
13、验室、朗讯(Lucent)公司、Iris AO 公司以及德州仪器 (TI)公司等。荷兰 Delft 大学及其商业合作伙伴 OKO Technology 公司在薄膜 光调制器研究方面是最先进的,已经有了许多商业化产品。此外,法国、德国 和日本的科学家也在进行研究2。我国也在这方面取得了一定的成绩，其中 北京卓立汉光公司生产的 Model 300CD 型光学斩波器代表了国内光调制器 1 绪论 2 的先进水平。 1.3 论文的组织结构论文的组织结构 本论文的组织结构如下： 第一章：介绍关于光学斩波器的研究背景、研究意义以及开发者的主要 工作。 第二章：介绍光学斩波器的功能及工作原理。 第三章：介绍直
14、流降压斩波器的电路设计，包括主电路、控制电路、驱 动电路和保护电路。 第四章：介绍直流降压斩波器的结构设计。 第五章：对直流降压斩波器的器件进行选型。 1.4 本课题研究的主要内容本课题研究的主要内容 在直流降压斩波器的课题研究中主要的研究内容如下： 了解直流降压斩波器的功能及工作原理，画出其工作原理图，对电压和 电流波形进行有深入的认识。 熟悉直流降压斩波电路的各个电路模块，了解 SG3525 芯片和 EXB841 芯片的结构和工作原理，画出主电路、控制电路、驱动电路、保护电路的电 路图，并对其工作原理进行了解。 对光调制器进行结构设计，画出电机支撑座，外壳和斩波片的机械结构 图。 对光调制
15、器进行器件选型。 2 光学斩波器简介 3 2 光学斩波器简介光学斩波器简介 2.1 直流斩波器简介直流斩波器简介 电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电 子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技 术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时 代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。 八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率 MOSFET 和 IGBT 为代 表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力 电子技术已经进入现代电力电子时代。 直流斩波器(D.C. Chopper)又称为截波器，它是将电压值固定的直流电， 转换为电压值可变的直流电源装置，是一种直流对直流的转换器(DC to DC Converter)已被被广泛使用，如直流电机的速度控制和直流电机的驱动、直 流调压、直流电源的驱动和交换式电源供应器(Switching-Power-Supply)等3。 直流斩波器（DC Chopp
