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I本科毕业论文（2014届本科毕业生）题目：高灵敏度温控电路的设计与开发学生姓名：李俊燕学生学号：100712031111学院名称：物电学院专业名称：光信息科学与技术指导教师：韩丙辰II目录（小2号黑体、段前段后空1行）摘要（小4号宋体）………………………………………………………………IABSTRACT……………………………………………………………………II引言…………………………………………………………………………………1一、幼儿人格教育的意义…………………………………………………………10（一）幼儿人格教育的重要性…………………………………………101．幼儿健全人格教育是实现素质教育的需要……………………………122．XXXXXXXXXXXX……………………………………………………………163．XXXXX……………………………………………………………………16二、研究结果与分析…………………………………………………………………28（一）XXXXX……………………………………………………………………36（二）XXXXX……………………………………………………………………42三、结论与建议………………………………………………………………………52（一）XXXXX………………………………………………………………………521．XXXX………………………………………………………………………542．XXXX………………………………………………………………………54注释及参考文献……………………………………………………………………58附录…………………………………………………………………………………66致谢…………………………………………………………………………70（目录页无须加页码）IIII高灵敏度温控电路的设计与开发光信息科学与技术李俊燕指导教师韩炳成【摘要】半导体激光器，是以半导体材料为工作物质的一类激光器。目前，半导体激光器已广泛应用于科研、国防、医疗等领域中。半导体激光器是一种温度敏感器件，微小的温度能使半导体激光器的输出波长产生明显的变化，而光纤通信系统要求半导体激光器工作在恒定的固定波长状态，因此需要对半导体激光器的温度进行控制。本课题采用热敏电阻作为温度传感器，利用无污染制冷效果显著的制冷器件—半导体制冷器作为系统执行原件，提出一种基于MX1968的PID技术的高灵敏度半导体激光器温控电路系统，使温度精度控制在正负0.1℃。【关键词】半导体激光器半导体制冷器PID技术热敏电阻IIHighsensitivitytemperaturecontrolcircuitdesignanddevelopmentOpticalinformationscienceandtechnologyLiJunYanTutorHanBingCheng【Abstract】Semiconductorlasers,laserbasedonsemiconductormaterialsforworkmatter.Atpresent,thesemiconductorlaserhasbeenwidelyusedinscientificresearch,nationaldefense,medicalandotherfields.Semiconductorlaserisakindoftemperaturesensitivecomponents,smalltemperaturecanmaketheoutputwavelengthofsemiconductorlasershaveobviouschanges,andtheopticalfibercommunicationsystemforsemiconductorlaserworkinaconstantstateoffixedwavelength,soyouneedtocontrolthetemperatureofthesemiconductorlaser.Thistopicusingthermalresistorastemperaturesensor,theuseofpollution-freerefrigerationdevices,semiconductorrefrigeratorrefrigerationeffectisremarkableastheoriginalsystem,putforwardakindofhighsensitivesemiconductorlaserbasedonthetechnologyofMX1968PIDtemperaturecontrolcircuitsystem,maketheprecisionoftemperaturecontrolintheplusorminus0.1℃.【Keywords】SemiconductorlaserSemiconductorrefrigeratorPIDtechnologyThermistor1引言世界上第一个激光器的成功演示距今已近50年了。在此期间，激光科学技术以其强大的生命力谱写了一部典型的学科交叉的发明史。激光的应用已经遍及科技、经济、军事、社会发展的许多领域，远远超出了人们原有的梦想。激光器未来的发展充满了巨大的机遇、挑战和创新空间。2一、半导体激光器（一）半导体激光器的工作原理及其特点半导体激光器又称激光二极管（LD)，是以一定的半导体材料做工作物质而产生受激发射作用的器件。.其工作原理是通过一定的激励方式，在半导体物质的能带(导带与价带)之间，或者半导体物质的能带与杂质(受主或施主)能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时,便产生受激发射作用。半导体激光器的激励方式主要有三种，即电注入式、光泵式和高能电子束激励式。电注入式半导体激光器一般是由GaAS(砷化镓)，InAS(砷化铟)，Insb(锑化铟)等材料制成的半导体面结型二极管。沿正向偏压注入电流进行激励，在结平面区域产生受激发射。光泵式半导体激光器一般用N型或P型半导体单晶(如GaAS,InAs,InSb等)做工作物质，以其他激光器发出的激光作光泵激励。高能电子束激励式半导体激光器一般也是用N型或者P型半导体单晶(如PbS,CdS,ZhO等)做工作物质。通过由外部注入高能电子束进行激励.在半导体激光器件中，目前性能较好应用较广的是具有双异质结构的电注入式GaAs二极管激光器。除了具有激光器的共同特点外，半导体激光器还具有以下优点：（1）体积小、重量轻；（2）驱动功率和电流较低；（3）效率高、工作寿命长；（4）可直接电调制；（5）易于与各种光电子器件实现光电集成；（6）与半导体制造技术兼容、可大批量生产；（7）能调节输出光束的波长使其工作在典型硅基光纤的低损耗、低色散区。（二）半导体激光器的温度特性LD的多项性能和温度有关，例如输出光功率和波长。这里主要讨论温度对激光器输出功率的影响，主要包括两个方面：一是激光器的阀值电流随温度的升高而增大，而是微分外量子效率随温度的升高而下降。二者都能使LD在温度升高时输出功率显著下降，直到高到一定温度时，激光器工作停止。LD的温度特性常用材料的特征温度T0来表述，它与阀值电流It的关系为3式中，T为结区热力学温度，Tt为室温（300K）。T0越高，LD的热稳定性就越好。（三）半导体激光器的实用组件激光器组件是指在一个紧密结构中，除激光二极管（LD）芯片外，还配置其他元件和实现LD工作必要的少量电路块的集成器件。主要包括：（1）光隔离器：其作用是防止LD输出的激光反射，实现光的单向传输。位于LD的输出光路上；（2）监视光电二极管；其作用是监视LD的输出功率变化，通常用于自动功率控制。位于LD背出光面；（3）尾纤和连接器；（4）LD的驱动电路（5）热敏电阻：测量组件内温度；（6）热电制冷器：一种半导体热电元件，通过改变外部工作电流的极性达到加热和冷却的目的。（7）其他准直激光器输出场的透镜、光纤耦合器及固定光纤支架等。二、常见温度控制系统开环控制系统如果系统的输出端与输入端之间不存在反馈，也就是控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这样的系统称开环。与闭环控制系统相对。控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程，就是反馈。系统的控制输入不受输出影响的控制系统。在开环控制系统中，不存在由输出端到输入端的反馈通路。因此，开环控制系统又称为无反馈控制系统。开环控制系统由控制器与被控对象组成。控制器通常具有功率放大的功能。同闭环控制系统相比，开环控制系统的结构要简单得多，同时也比较经济。开环控制系统主要是用于增强型的系统。闭环控制系统由信号正向通路和反馈通路构成闭合回路的自动控制系统，又称反馈控制系统。基于反馈原理建立的自动控制系统。所谓反馈原理，就是根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消4除偏差以获得预期的系统性能。在反馈控制系统中，既存在由输入到输出的信号前向通路，也包含从输出端到输入端的信号反馈通路，两者组成一个闭合的回路。因此，反馈控制系统又称为闭环控制系统。反馈控制是自动控制的主要形式。自动控制系统多数是反馈控制系统。在工程上常把在运行中使输出量和期望值保持一致的反馈控制系统称为自动调节系统，而把用来精确地跟随或复现某种过程的反馈控制系统称为伺服系统或随动系统。反馈控制系统由控制器、受控对象和反馈通路组成（见图）。图中带叉号的圆圈为比较环节，用来将输入与输出相减，给出偏差信号。这一环节在具体系统中可能与控制器一起统称为调节器。以炉温控制为例，受控对象为炉子；输出变量为实际的炉子温度;输入变量为给定常值温度,一般用电压表示。炉温用热电偶测量，代表炉温的热电动势与给定电压相比较，两者的差值电压经过功率放大后用来驱动相应的执行机构进行控制。同开环控制系统相比，闭环控制具有一系列优点。在反馈控制系统中，不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，就会产生相应的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。但反馈回路的引入增加了系统的复杂性，而且增益选择不当时会引起系统的不稳定。为提高控制精度，在扰动变量可以测量时，也常同时采用按扰动的控制（即前馈控制）作为反馈控制的补充而构成复合控制系统。由于本课题被控对象控制范围大，控制精度高，课题采用闭环负反馈温控式系统。三、温度传感器本系统采用热敏电阻做温度传感器件。（一）热敏电阻简介5热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件．热敏电阻由半导体陶瓷材料组成，热敏电阻是用半导体材料，大多为负温度系数，即阻值随温度增加而降低。温度变化会造成大的阻值改变，因此它是最灵敏的温度传感器。但热敏电阻的线性度极差，并且与生产工艺有很大关系。制造商给不出标准化的热敏电阻曲线。热敏电阻体积非常小，对温度变化的响应也快。但热敏电阻需要使用电流源，小尺寸也使它对自热误差极为敏感。利用的原理是温度引起电阻变化．若电子和空穴的浓度分别为n、p，迁移率分别为μn、μp，则半导体的电导为：σ=q（nμn+pμp）因为n、p、μn、μp都是依赖温度T的函数，所以电导是温度的函数，因此可由测量电导而推算出温度的高低，并能做出电阻-温度特性曲线．这就是半导体热敏电阻的工作原理．热敏电阻包括正温度系数（PTC）和负温度系数（NTC）热敏电阻，以及临界温度热敏电阻（CTR）。（二）热敏电阻特点热敏电阻的主要特点是：①灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10～100倍以上，能检测出10-6℃的温度变化；②工作温度范围宽，常温器件适用于-55℃～315℃，高温器件适用温度高于315℃（目前最高可达到2000℃），低温器件适用于-273℃～55℃；③体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；④使用方便，电阻值可在0.1～100kΩ间任意选择；⑤易加工成复杂的形状，可大批量生产；⑥稳定性好、过载能力强。（三）热敏电阻工