纳秒单脉冲激光诱导光学元件破坏的损伤探测系统.docx
《纳秒单脉冲激光诱导光学元件破坏的损伤探测系统.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《纳秒单脉冲激光诱导光学元件破坏的损伤探测系统.docx（40页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
纳秒单脉冲激光诱导光学元件破坏的损伤探测系统
1绪论
1.1课题背景及意义
光学薄膜、光学玻璃等光学元件几乎是所有光学系统中不可缺少的基本元件，并且也是激光系统中最薄弱的环节之一。
应用于激光惯性约束核聚变或高能武器系统的高功率激光要求在长时间范围内稳定地工作，或系统的性能不产生明显的降低，这就对光学元件提出了更高的要求。
长期以来，激光对光学元件的破坏一直是限制激光向高功率、高能量方向发展“瓶颈”，也是影响高功率激光元件使用寿命的主因。
另一方面，光学薄膜等也是导弹、遥感卫星等航天飞行器中导引、定位、遥感甚至能源系统中的重要组成元件，应用强激光武器对光学元件的破坏可以造成航天飞行器的致眩、致盲、失控，甚至于系统的整体失效。
光学元件中即使出现十分微小的瑕疵，也会导致输出光束质量的下降，严重时将引起整个系统的瘫痪，光学元件的抗损伤特性将直接影响到整个系统的设计方案以及今后系统运行的性能。
所以，研究光学元件的抗激光破坏问题具有非常重要的意义[1]。
然而，激光对光学元件的损伤是一个复杂的过程，它由作用激光（重复频率、波长、脉宽、偏振态、模式、光斑、辐照方式等）和光学元件的性质（元件光学特性、膜料、制备工艺、元件结构、缺陷密度等）两方面决定。
不同的激光参数条件对同一薄膜会产生不同的损伤结果。
不仅如此，由于激光损伤是光学元件与强相干辐射相互作用的结果，在强相干辐射作用下，光学元件具有许多新的行为，而这些行为通常难以用经典光学元件光学理论进行解释。
因此，建立完整的损伤探测系统，研究光学元件激光损伤，分析其与强激光相互作用的过程及其结果，将会促进强激光材料科学等的形成与完善，因此具有重要的学术意义[2]。
作为研究光学元件损伤行为的重要手段，对元件损伤行为相关各种特性的测试技术的发展和应用也是必不可少的一个研究内容。
不仅要对光学元件作精确、快速、定量的分析，还要定性地找到其损伤的来源与损伤机制，而这一切都严格地依赖于我们的测量技术和系统。
先进的光学元件损伤探测系统将促进对光学元件损伤机制的研究，从而促进薄膜等的制备工艺的改进[1]。
1.2光学元件激光损伤测试技术进展[3][4]
损伤阈值的测量是高功率激光薄膜研究的重要内容，这不仅是薄膜损伤机制的研究和抗激光强度的标定和提高所必须的，而且是在激光系统中的能够最有效地利用薄膜所必须的[3]。
由于光学元件损伤机制的复杂性和元件本身结构的复杂性，加上每个探测系统对损伤的检测标准和破坏激光的时空特性各不相同，所以不同实系统测得的损伤阈值可比性很差，使各国工作者之间的交流碰到了一定的问题，同时也导致了光学元件制备方与使用方之间的交流障碍。
导致这些问题的原因主要有三类：
（1）损伤定义不同
器质性损伤，即硬损伤，指薄膜表面发生的可观测的不可逆物理变化。
功能性损伤，是一个比较复杂的概念，在不同的场合有不同的含义，一种是指可逆的物理变化，另一种是指硬损伤，但这种硬损伤的的存在不影响整个激光系统的运作和光束的传输特性，并且在后续激光作用下不发生扩展，这个概念在重复率激光损伤以及激光预处理过程中有着重要的意义。
除非特殊声明，在本章范围内我们讨论的对象主要是器质性损伤。
（2）激光参数和测试系统对阈值的影响
激光工作模式、偏振态、入射角、波长、脉冲宽度、脉冲重复频率、光斑尺寸以及温度湿度等都将影响样品的损伤阈值测量结果。
（3）对损伤的探测手段不同而导致的差异
若以光学显微镜或辅以氦氖散射观察，则损伤可以是薄膜表面形貌的微小变化。
在光学显微镜观测系统中引入CCD相机，将激光辐照前后薄膜表面形貌的图象进行“相减”运算从而判断损伤出现与否，可使损伤实验实现自动化测量，该法精度取决于CCD相机的像素分辨率和减法运算的精度与效率。
雾气法也可用来观察薄膜表面的损伤点，即在薄膜表面呼气，水蒸气遇冷凝结在损伤点上可形成异常于未损伤区的斑纹，该法的缺点是人为地在薄膜中引入了潮气，不利于之后的测量。
完全内反射法中利用光学显微镜暗场观察膜面的损伤点可以获得很高的灵敏度，但该法要求基板和薄膜透明。
如果将光学薄膜的损伤定义为薄膜的光学特性的改变，如激光诱导折射率的不可逆变化，局部的高应力集中引起的波像差等，这些变化并不表现为表面形貌的改变，只能由Nomarski偏振光干涉显微镜或辅以氦氖散射观察。
以肉眼也可观察损伤，巨损伤如表面出现等离子体强光闪耀，薄膜被蒸发或膜层整个被剥裂等[4]。
1.2.1激光损伤阈值测试技术
损伤机制的建立和进展是建立在对损伤过程的探测以及对损伤阈值定量分析的基础之上的，在上述机制的发展过程中，光学薄膜损伤测试技术也得到了长足的进步。
包括两个方面的内容：
其一是激光损伤阈值的测试技术，也就是在损伤阈值检测和评价方面，另一个方面是研究损伤机理必要的探测损伤过程的技术。
损伤阈值的测量是高功率激光薄膜研究的重要内容，这不仅是薄膜破坏机制的研究和抗激光强度的标定和提高所必须，而且为在激光系统中的最有效的利用薄膜提供重要的数据。
由于薄膜本身的结构比较复杂，所以薄膜的激光损伤受薄膜性质和激光特性的多种因素影响，非常复杂，其破坏阈值往往是几率分布的状态，准确的测定薄膜的破坏阈值有相当难度，所以，迄今为止薄膜的破坏阈值都是以几率的方式确定的。
在80年代中期以前，破坏阈值普遍采用50%几率破坏阈值：
Fth=[Fmax（ND）+Fmin（D）]/2（1.1）
其中Fmax（ND）、Fmin（D）分别表示不造成破坏的最大能量密度值与造成破坏的最小能量密度值。
这种方法定义的阈值与光斑大小的关系带有明显的几率性，在同样的激光输出作用下光斑越小破坏的几率越小，也就是说损伤阈值随着光斑的尺寸增加而降低，这对损伤阈值的测定以及对光学薄膜抗损伤特性的评价是不利的。
80年代末90年代初，破坏阈值的定义由50%几率变为0%几率破坏阈值，并明确定义破坏阈值为一个薄膜可能承受的最大峰值能量密度[2]。
1.2.2损伤阈值的确定
由于薄膜本身的结构比较复杂，所以薄膜的激光损伤受薄膜性质和激光特性的多种因素影响，非常复杂，其损伤阈值往往是几率分布的状态，准确的测定薄膜的损伤阈值有相当难度，所以，迄今为止薄膜的损伤阈值都是以几率的方式确定的。
80年代之前多数采用的是50%几率损伤阈值，它的定义是被检测薄膜的最大的不损伤能量和最小损伤能量的平均值（见图1-1）
（1.2）
破坏阈值的偏差或不确定度
（1.3）
图1-150%损伤阈值数据示意图
50%损伤阈值表现出薄膜损伤的几率性和对光斑尺寸的依赖性，体现了薄膜缺陷损伤的特点。
由于50%损伤阈值的不确定性太大，80年代后期，薄膜的损伤阈值开始用零几率损伤阈值表示，它的获取方法如下：
用不同的能量等级对待测样品进行检测，得到不同的损伤几率，在激光能量和损伤几率的坐标系中记下相应的位置，对这些几率做线性拟合，该直线与能量轴的交点便是零几率损伤阈值（见图3-2）。
相对于50%阈值，零几率损伤阈值的不确定性要小很多，从应用角度来看，数值的可参考性也更大。
为了减小零几率损伤阈值的不确定性，在检测过程中能量等级应多一些，每一等级的测试点也应多一些，特别是20%～60%（或80%）的中间区域，此外要准确找到零几率的能量值，一般测试中选10个能量等级，每个等级不小于10个作用点[1]。
激光能量密度J/cm2
拟合直线
（0-60%）
损伤几率%
图1-2零几率损伤阈值的拟合获得
1.3本论文的主要研究工作
本论文完成了纳秒单脉冲激光诱导光学元件破坏的损伤探测系统的设计方案，整个系统分为多个子模块，包括输出能量可控的智能激光系统、智能光束分析监测模块、X-Y平面移动载物平台模块和在线损伤检测模块等。
整套激光诱导光学元件破坏的损伤探测系统是自动化测量，从激光触发、靶面光斑测量、能量读取以及步进电机的定位均通过计算机控制，能够大大降低测试的强度，在某种程度上降低人为因素的影响，从而提高测试精度。
该系统在实际的研制过程中的工作主要包括如下内容:
（1）系统各个子模块的硬件设计
（2）系统各个子模块的软件设计
（3）上位机与下位机之间的通信方案
（4）系统各部分功能的实现及系统的性能的分析与研究
2脉冲激光诱导光学元件破坏的损伤探测系统设计原理
样品
测试光路
损伤光路
图2-1系统总体框图
性能良好、输出稳定的脉冲激光器被设定到需要的能量或功率输出，分光装置1将激光分成损伤光路和测试光路。
损伤光路激光能量经过透镜A聚焦至样品表面位置1处进行损伤实验；在测试光路里，分光装置2将测试光路分为两支，一部分激光能量经过与透镜A匹配的透镜B，获得与损伤光路中位置1等效的实像平面2，然后实像2由透镜C成像至CCD1，从而获得等效于位置1的光斑尺寸。
另一部分光束通过汇聚透镜到达光束分析模块，被利用来测量记录激光的功率或能量。
通过以上的步骤，可以得到靶面的激光能量密度。
样品固定于样品架上，样品架可以在垂直之激光光束的平面上沿X轴和Y轴自由移动，从而改变靶面作用点的位置。
CCD1为在线观测模块，可对激光辐照区域进行实时观察，并可对同一区域在激光辐照前后的状况进行图像采集。
整套激光诱导光学元件破坏的损伤探测系统是自动化测量，从激光触发、靶面光斑测量、能量读取以及步进电机的定位均通过计算机控制，能够大大降低测试的强度，在某种程度上降低人为因素的影响，提高测试精度。
2.1激光系统
本激光损伤阈值测试系统，激光系统由Nd:
YAG振荡器组成，采用电光调Q（激光能量），输出波长为1064nm，激光脉宽12ns，工作在单横模状态，激光输出频率在1-10Hz之间可调。
通过LBO倍频晶体得到三倍频激光输出。
基频输出
三倍频输出
波长
1064nm
355nm
脉冲宽度
12ns
8ns
模式
TEM00
TEM00
偏振态
P
S
输出能量
100mJ
20mJ
表2-1激光损伤阈值测试系统主要激光参数
2.1.1脉冲激光电流源控制系统
该数控直流电流源具有输出可调、步进精确、纹波电流极小的功能，通过改变脉冲激光器的工作电流，从而达到精确控制激光器能量输出的目的。
（详见第三章）
2.2聚焦系统
聚焦系统的最小口径应当为入射激光达到聚焦系统时光斑尺寸的6倍，最小的f数为50。
靶面应该处在聚焦后的光束腰处或其附近，在靶面处的光束直径在1～1.25mm的范围。
如果激光输出能量较小时可适当的缩小光斑，但不得小于0.4mm。
2.3损伤检测模块
在阈值测试过程中实时的确定每个激光辐照区域的损伤状况对于适当的调整激光在靶面的能量密度以获得合适的损伤几率是必要的，在我们的装置中设计了一套CCD在线观测系统（图2-1中所示CCD2），可对激光辐照区域进行实时观察，并可对同一区域在激光辐照前后的状况进行图像采集。
在实际检测过程中，通过在线监视系统以大致确定损伤几率，便于调整激光能量密度，以获取特定的损伤几率，而损伤的最终判别则应在下线后的由具备微分干涉对比功能的Nomarski显微镜进行，放大倍数应该在100～150倍。
2.3.1微分干涉差显微镜简介
1952年，Nomarski在相差显微镜原理的基础上发明了微分干涉差显微镜（differentialinterferencecontrastmicroscope）。
DIC显微镜又称Nomarski相差显微镜（Nomarkicontrastmicroscope），其优点是能显示结构的三维立体投影影像。
与相差显微镜相比，其标本可略厚一点，折射率差别更大，故影像的立体感更强。
DIC显微镜的物理原理完全不同于相差显微镜，技术设计要复杂得多。
DIC利用的是偏振光，有四个特殊的光学组件：
偏振器（polarizer）、DIC棱镜、DIC滑行器和检偏器（analyzer）。
偏振器直接装在聚光系统的前面，使光线发生线性偏振。
在聚光器中则安装了石英Wollaston棱镜，即DIC棱镜，此棱镜可将一束光分解成偏振方向不同的两束光（x和y），二者成一小夹角。
聚光器将两束光调整成与显微镜光轴平行的方向。
最初两束光相位一致，在穿过标本相邻的区域后，由于标本的厚度和折射率不同，引起了两束光发生了光程差。
在物镜的后焦面处安装了第二个Wollaston棱镜，即DIC滑行器，它把两束光波合并成一束。
这时两束光的偏振面（x和y）仍然存在。
最后光束穿过第二个偏振装置，即检偏器。
在光束形成目镜DIC影像之前，检偏器与偏光器的方向成直角。
检偏器将两束垂直的光波组合成具有相同偏振面的两束光，从而使二者发生干涉。
x和y波的光程差决定着透光的多少。
光程差值为0时，没有光穿过检偏器；光程差值等于波长一半时，穿过的光达到最大值。
于是在灰色的背景上，标本结构呈现出亮暗差。
为了使影像的反差达到最佳状态，可通过调节DIC滑行器的纵行微调来改变光程差，光程差可改变影像的亮度。
调节DIC滑行器可使标本的细微结构呈现出正或负的投影形象，通常是一侧亮，而另一侧暗，这便造成了标本的人为三维立体感，类似大理石上的浮雕。
2.4光束分析系统
该系统模块具备实时监控激光在靶面的能量的功能。
（详见第四章）
2.5X-Y二维平面运动载物平台模块
本模块由样品载台、底盘和驱动控制部分组成，底盘由很多小网格构成，每个小网格尺寸为一定值。
样品载台上装有两部步进电机，由上位机与单片机组成主从式控制系统控制，实现对步进电动机转向、转速的控制；尤其是在单片机控制系统中，利用定时中断方法，通过在定时中断子程序里设置三重循环产生所需个数的脉冲，对步进电动机进行精确的位移控制，驱动样品载台上的齿轮组在系统底盘的网格上沿X轴和Y轴任意移动，从而达到自动精确改变激光光束在样品薄膜上作用位置的目的。
（详见第五章）
图5-1X-Y二维运动载物平台
2.6CCD成像法测量光斑尺寸模块[2]
在测量光斑尺寸的众多方法中等效成像法是最直观的方法，在图2-1中，分光装置将激光分成损伤光路和测试光路。
在损伤光路激光经透镜A聚焦至样品表面位置1处进行损伤实验；在测试光路里，经过与透镜A匹配的透镜B，获得与损伤光路中位置1等效的实像平面2，然后实像2由透镜C成像至CCD1。
调节2与透镜C的距离可获得不同的放大倍率。
另一部分光路被利用来测量激光的功率或能量。
利用该法测量光斑的精度将取决于CCD的像素分辨率，为了防止数学CCD被激光损伤，应采用滤光片增加足够的衰减。
这种方法的最大好处就在于可以同数学分析求出等效光斑直径。
这个方法对于空间分布非高斯型的的光斑测量是有很大优越性的。
此方法的缺点在于靶面的等效平面的确定比较困难，一般可以采用长焦距透镜，以获得比较深的焦深，减小寻找等效平面的难度。
2.7上位机虚拟仪器软件模块
利用美国NI公司开发的面向计算机测控领域的虚拟仪器软件开发平台LabVIEW建立上位机与单片机之间的串口通信软件界面，从而实现PC机对整个探测系统高效、智能、精准的实时操控，真正实现系统的智能化、自动化。
2.7.1虚拟仪器软件开发平台-LabVIEW简介[10]
虚拟仪器（即VirtualInstrument,简称VI）是一种基于计算机的仪器，就是在通用计算机上加上软件和硬件，使得使用者在操作这台计算机时，就象是在操作一台他自己设计的专用传统电子仪器。
在虚拟仪器系统中，硬件仅仅是为了解决信号的输入输出，软件才是整个仪器系统的关键，任何一个使用者都可以通过修改软件的方法，很方便地增减仪器系统的功能与规模，所以有“软件就是仪器”之说。
虚拟仪器技术的出现，彻底打破了传统仪器由厂家定义，用户无法改变功能的模式，虚拟仪器技术给用户一个充分发挥自己的才能、想象力的空间。
用户（而不是厂家）可以随心所欲地根据自己的需求，设计自己的仪器系统，满足多种多样的应用需求。
虚拟仪器系统是计算机系统与仪器系统技术相结合的产物。
它利用PC计算机强大的图形编程环境和在线帮助功能，结合相应的硬件，快速建立人机交互界面的虚拟仪器面板，完成对仪器或设备的控制、数据分析与显示，提高仪器的功能和使用效率，大幅度降低仪器的价格，使用户可以根据自己的需要定义仪器的功能,方便地对其进行维护、扩展、升级等。
LabVIEW是美国NI公司开发的面向计算机测控领域的虚拟仪器软件开发平台。
LabVIEW是一种功能强大的图形编程语言，但它与传统的文本编程语言（如c语言）不同，采用了一种基于流程图的图形化编程形式，因此也被称为G语言（graphicallanguage）。
这种图形化的编程形式，方便了非软件专业的工程师快速编制程序。
多任务并行处理一般是通过多线程技术来实现的，不同的任务实际上通过各自的线程轮流占用CPU时间片来达到“同时”处理的目的。
LabVIEW也采用了多线程技术，而且与传统文本式的编程语言相比，有两大优点：
（1）LabVIEW把线程完全抽象出来，编程者不需对线程进行创建、撤销及同步等操作。
（2）LabVIEW使用图形化的数据流的执行方式，因此在调试程序时，可以非常直观地看到代码的并行运行状态，这使编程者很容易理解多任务的概念。
2.7.2虚拟仪器的上位机显示
比如当激光能量通过单片机控制之后，需要通过虚拟模拟的上位机进行显示，虚拟仪器是以装有测量应用软件的个人电脑为核心，具有虚拟的仪器操作面板，足够的硬件支持，有一定通信能力的测量装置。
它和传统仪器相比具有以下的特点：
（1）虚拟仪器的关键环节是软件。
虚拟仪器系统中除PC机外的硬件主要用于数据的采集、输入，至于系统怎样处理数据，具有怎样的面板和数据输出的形式等都是由软件决定的。
虚拟仪器的好坏，很大程度上取决于软件水平的高低。
（2）开发与维护的费用低，系统组建时间短。
当需要增加新的测量功能，只需要增加软件模块或通用的硬件模块，缩短了系统的更新时间，而且有利于系统的扩展。
应用软件不像传统仪器的硬件那样存在元器件老化的问题，大大节省了维护的费用，延长设备的使用寿命。
（3）测量更准确。
传统仪器测量个体之间差异大，而虚拟仪器的应用软件在不同的PC机上具有相同的运行效果，在软件运行这方面不存在个体的差异。
（4）测量更方便。
因为传统仪器功能单一，所以对一个信号完成多个参数的测量需要多台仪器，使测量受连接方式、电缆长度等因素的影响。
虚拟仪器只需对信号进行一次采样，多个软件模块对同一组数据进行不同的处理就能实现多个参数的同时测量。
（5）具有强大的数据处理功能。
计算机运算速度的大大提高和数字信号处理理论的丰富和完善，使虚拟仪器能够快速准确的处理数据[10]。
3脉冲激光电流源控制模块的设计方案
本设计基于单片机的数控直流电流源设计方案，给出了硬件组成及软件系统。
本系统以单片机AT89C51为核心部件，由D/A转换，V/I转换、功率放大等模块组成。
采用负反馈闭环控制系统，单片机实时将预置值和实测值进行比较、调整控制，提高了电流源的输出精度。
所设计的数控直流电流源具有输出可调、步进精确、纹波电流极小的功能，输出电流误差范围±5mA，输出电流可在20mA～2000mA范围内任意设定，通过改变脉冲激光器的工作电流，从而达到精确控制激光器能量输出的目的。
3.1设计思路
3.1.1硬件系统设计
（1）数控核心设计：
该系统采用单片机为核心，采用目前比较通用的51系列单片机。
此单片机的运算能力强，软件编程灵活，自由度大，能够实现对外围电路的智能控制。
（2）D/A转换芯片DAC0832：
典型的D/A转换芯片DAC0832，是采用CMOS工艺制造的8位单片D/A转换器。
8位D/A，分辨率为1/256，选采样电阻为2欧姆，D/A输出分辨率为10mA的电流，实现步进10mA，完全能够满足本设计的要求。
（3）A/D转换芯片ADC0809：
ADC0809是采样频率为8位的、以逐次逼近原理进行模—数转换的器件。
其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8个单断模拟输入信号中的一个进行A/D转换。
由于本设计只有输出电流的采集，8路输入通道，完全能够满足本系统的设计要求[6]。
（4）键盘电路：
在进行电流设定值的调整中仅需要6个按键，所以采用独立式按键的键盘接口，即可满足电路的设计要求。
3.1.2软件系统设计
系统软件完成四个功能：
（1）系统的初始化，包括各外围接口芯片的初始化和电流起始值的初始化；
（2）键盘检测包括电流的预置与步进调整；（3）用比较算法进行电流调整,实现输出电流的精确控制；（4）实现D/A转换和A/D转换。
3.2设计方框图
根据数控直流电流源的要求，由于要求有较大的输出电流范围和较精确的步进要求以及较小的纹波电流，所以不适合采用简单的恒流源电路FET和恒流二极管，亦不适合采用开关电源的开关恒流源，否则难以达到输出范围和精度以及纹波的要求。
根据系统要求采用D/A转换后接运算放大器构成的功率放大，控制D/A的输入从而控制电流值的方法。
系统的原理框图如图3-1所示[6]。
图3-1原理框图
3.3设计原理分析
3.3.1单片机最小系统
单片机最小系统的设计包括时钟电路、复位电路的设计。
本电路中晶振频率采用12MHz，则单片机的机器周期就为1µs。
复位电路才采用手动复位和上电复位组合。
3.3.2键盘电路
对电流值进行设定时需要6个按键，该电路中按键采用独立式按键，分别接与P1.2～P1.6和P3.2。
为了使电路工作可靠，每个端口都接了一个阻值为10K的上拉电阻。
电路连接见附录A。
电流值调整按键分布如图3-2所示。
图3-2
3.3.3D/A转换电路
D/A转换采用典型的转换芯片DAC0832。
该芯片8位数据采用并行输入，所以直接接至单片机的P2口。
并且将DAC0832连接成直通式工作方式[11]。
3.3.4A/D转换电路
A/D转换采用典型的转换芯片ADC0809。
ADC0809是采样频率为8位的、以逐次逼近原理进行模—数转换的器件。
其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8个单断模拟输入信号中的一个进行A/D转换。
ADC0809芯片转换时需用一个500KHz的时钟信号，这个信号是由单片机的ALE端输出的2MHz信号，经过两个D触发器进行四分频得到。
ADC0809的工作过程是：
首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。
此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。
START上升沿将逐次逼近寄存器复位。
下降沿启动A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。
直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。
当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上[7]。
3.3.5电压－电流转换和功率放大电路
压控恒流源是本系统的重要组成部分，它的功能是用电压来控制电流的变化，图3-4是数控电流源的恒流电路和加法器电路。
运算放大器LM324和晶体管V1、V2组成电压—电流转换器，U1A、U1B和电阻R1－R8利用D/A的输出实现对电压进行数控。
LM324主要功能是实现精密V/I转换。
TIP41C（10A）是大功率PNP三极管，主要功能是实现功率放大。
因为输出电流范围是0～2000mA，由于取样电阻为2欧姆，则其电压降为0～4000mV，即U1电压范围为11V～14.6V。
单纯依靠D/A（0～5V）无法满足要求。
加法器主要是利用其抬高U1点的电压，将U1点的电位抬高到11V，在D/A输出为0～5V时，从而使R9上
图3-4电压－电流转换和功率放大电路图
得到0～2A的电流。
V/I转换理论分析：
U1A的输出
升级会员 