Стабилизация температуры. 
Системы автоматического управления. 
Прецизионное управление лазерным излучением

Многие лазерные системы содержат в себе в качестве подсистем стабилизаторы температуры. В частности, диодный лазер требует высокочастотной стабилизации температуры его тела свечения вследствие весьма существенной зависимости параметров его излучения от температуры. Система стабилизации температуры должна содержать датчик температуры, схему измерения, узел сравнения с заданной температурой, регулятор, выходной каскад и термоэлекгрический модуль (рис. 8.7). Некоторые функции могут быть совмещены: схема измерения и узел сравнения, рауиятор и выходной каскад. Создание прецизионной системы требует оптимизации каждого элемента и связей между ними.

Рис. 8.7. Система стабилизации температуры.

Точность датчика температуры определяется соотношением температурной чувствительности и стабильности номинального значения. Проволочные терморезисторы позволяют измерять температуру с погрешностью около 0,001 °С [73]. Выпускаются и полупроводниковые датчики температуры К1019ЕМ1, выходное напряжение которых пропорционально температуре Кельвина с коэффициентом 10 мВ / К. Их иофешность измерения температуры составляет примерно 1 °C, но стабильность за 8… 12 ч может оказаться выше. Зарубежной промышленностью выпускается ряд высокоточных микросхем, формирующих напряжение (или ток), пропорциональное температуре (/Ш780, Ай590, Ай592) [48]. Если падение напряжения на датчике сравнивается с опорным напряжением, то его следует формировать с той же точностью. Сравнение измеренной температуры с предписанной может быть выполнено и в цифровом виде профаммно.

Термоэлектрический модуль (ТЭМ) работает на основе эффекта Пельтье [74, 75], отводя тепло от одной поверхности к другой в зависимости от направления протекания тока. Применение ТЭМ позволяет задать температуру выше и ниже температуры окружающей среды. Зависимость охлаждающего действия от тока содержит линейный член, описывающий эффект Пельтье, минус квадратичный член, описывающий выделяемую на сопротивлении мощность. Результирующая имеет максимум в области значения тока, выше которого эффективность охлаждения падает. При работе на наїрев эти составляющие складываются, поэтому микрохолодильник нагревает эффективнее, чем резистор такого же номинала. Если требуется только нагревание, то может быть применен любой другой элемент.

Наиболее эффективна реализация систем стабилизации температуры па основе так называемых микроконверторов [48, 76]. Этим термином фирма Analog Devices называет специальные микропроцессоры, оснащенные высокое коростными многоразрядными АЦП на входе и адекватными ЦАП на выходе. Для аналогичных задач, т. с. для задач цифровой обработки аналоговых сигналов и формирования выходных аналоговых сигналов цифровым путем, выпускаются также сигнальные процессоры, в частности, выпускаемые фирмой Altera. Достигаемая полоса частот в настоящее время существенно выше потребностей для реализации большинства систем термостабилизации, а именно: от 4… 10 кГц для наиболее дешевых изделий до 100 МГц для самых продвинутых изделий в этой области.