紅外單光子探測器精密溫控裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種用于紅外單光子探測器精密溫控電路，尤其涉及以后總紅外單光子探測器精密溫控裝置。
【背景技術】
[0002]單光子探測作為一項重要的微弱信號檢測技術，在物理學、天文學、化學、生物學、醫學等學科內眾多領域均有著十分廣泛的應用。目前，量子信息科學的研究中大量采用單光子作為量子信息的載體，因此單光子探測技術起著至關重要的作用。單光子探測器可以檢測攜帶量子信息的單光子，并轉換為電信號輸出，然后通過符合測量、計數等手段提取單光子所攜帶的量子信息。
[0003]紅外單光子探測器在工作時由于器件自身工藝問題當環境溫度發生變化時它們會產生一定的溫漂，器件溫漂導致了探測器的探測效率發生變化，需要一種精密的溫控電路對會發生溫漂的器件進行溫控保證探測器的探測效率不受溫度影響。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足提供一種紅外單光子探測器精密溫控裝置。本紅外單光子探測器精密溫控裝置能夠對容易產生溫漂的器件進行恒溫控制，將它們的工作溫度始終控制在一個恒定值并且溫控精度要達到ο.0re。
[0005]為實現上述技術目的，本實用新型采取的技術方案為:紅外單光子探測器精密溫控電路，包括依次電連接的溫度電橋、儀表運算放大模塊、PID運算模塊和D類音頻功放模塊；其特征在于:
[0006]所述溫度電橋包括電阻R1、電阻2、電阻R3和電阻R4 ;電阻R4為熱敏電阻，電阻R3為溫度平衡電阻；電阻R1、電阻2、電阻R3和電阻R4依次連接形成回路，所述電阻R3與電阻R4相連接的一端接地；
[0007]所述儀表運算放大模塊包括儀表運算放大器U1，所述儀表運算放大器U1包括兩個輸入端分別和電阻R3的非接地端和電阻R4的非接地端連接；儀表運算放大器U1還包括一個外部基準電壓Vref端和一個輸出端；儀表運算放大模塊還包括電阻R5和電阻R6 ;所述儀表運算放大器U1的輸出端分成兩路，一路經過電阻R5和電阻R6分壓之后，用于輸出給單片機實時顯示當前工作溫度，另一路與PID運算模塊連接；
[0008]PID運算模塊包括CMOS型運算放大器U2 ;所述CMOS型運算放大器U2包括一個外部基準電壓Vref端、一個輸入端和一個輸出端；CM0S型運算放大器U2的輸入端與儀表運算放大器U1的輸出端口連接；CM0S型運算放大器U2的輸出端與D類音頻功放模塊連接；
[0009]D類音頻功放模塊包括D類音頻功放U3，所述D類音頻功放U3包括兩個輸入端IN_P、輸入端IN_N、輸出端0UT_P和輸出端0UT_N ;輸入端IN_P與CMOS型運算放大器U2的輸出端連接，輸入端IN_N為外部基準電壓Vref端；
[0010]輸出端0UT_P、和輸出端0UT_N用于輸出控制信號以控制紅外單光子探測器的溫度。
[0011 ] 進一步的，所述D類音頻功放U3還包括溫度電路電流檢測端和溫度電路使能端。
[0012]本實用新型主要由熱敏電阻R4和芯片U1、U2、U3組成。熱敏電阻R4采用PT1000金屬鉑電阻，精度0.0rc、溫度范圍達±100°C。U1是儀表運算放大器，具有增益大、精度高、穩定性強等優點。U2是一款CMOS型運算放大器，具有輸出范圍大、增益高等特點，同時也是PID電路的核心器件。U3是一款D類音頻功放芯片，具有極低的輸出阻抗和較大的拉電流能力，最大輸出功率可達40W，另外芯片U3還具備電流檢測功能和雙向驅動的優勢，實現了對整個制冷電路工作電流的實時監測和TEC制冷制熱的雙向控制。
[0013]電阻R4是熱敏電阻PT1000，用它來采樣被溫控器件的工作溫度。電阻R3是溫度平衡電阻，它的阻值就是被溫控器件溫度達到設定溫度時PT1000所對應的電阻值，熱敏電阻R4和溫度平衡電阻R3以及另外兩個電阻R1、R2，這四個電阻組成了一個溫度電橋，電橋的兩個輸出端分別是熱敏電阻PT1000實時采樣到的溫度經電橋轉換成的電壓值和溫度平衡電阻在電橋里面的分壓值，當兩者壓差不等于0時，說明被溫控器件的溫度還未達到或者已經超過設定溫度值，需要TEC進行制冷或者制熱。
[0014]芯片U1是一款儀表運算放大器，左側兩個引腳即為儀表運算放大器的差分輸入端，右側兩個引腳分別是儀表運算放大器外部基準電壓Vref和輸出端。熱敏電阻PT1000采樣到的溫度經電橋轉換成的電壓值和溫度平衡電阻在電橋里面的分壓值分別輸入到U1的輸入端，U1將兩者的壓差進行放大之后輸出。假設U1的輸入引腳壓差為Vin，Ul的放大倍數為Au，那么U1的輸出電壓Vo = Vref+Vin*Au，當被溫控器件的工作溫度達到設定溫度時，則溫度電橋平衡，Vin就等于0，此時U1的輸出電壓Vo就等于Vref，溫度平衡電壓即為Vref。U1輸出電壓被分成兩路輸出，第一路是經過電阻R5和電阻R6分壓之后輸出給單片機實時顯示當前工作溫度，第二路則是直接輸出到芯片U2。
[0015]芯片U2是一款CMOS型運算放大器，它是PID電路的核心控制器件，U2的左側分別是它的輸入端和外部基準電壓Vref (和U1共用同一個基準電壓)，該電壓即為溫度平衡電壓。當被控器件溫度未達到設定溫度時，即U1的輸出電壓Vo不等于Vref，PID電路將U1的輸出電壓Vo和溫度平衡電壓Vref之間的差值進行比例、微分和積分運算，運算之后的電壓從U2的右側引腳輸出給D類音頻功放芯片U3。當被控器件溫度達到設定工作溫度時，即U1的輸出電壓Vo等于Vref，此時它和溫度平衡電壓Vref之間的差值是0，所以經過比例、微分和積分運算之后U2的輸出電壓依然是Vref。
[0016]芯片U3是一款D類音頻功放芯片，芯片左側分別是兩個輸入端IN_P、IN_N，U3是將這兩腳之間的壓差進行放大之后從右側0UT_P、0UT_N兩個引腳輸出，假設U3的IN_P腳的輸入電壓為Vp，IN_N腳的輸入電壓為Vn，右側輸出引腳0UT_P輸出電壓為Voutp，0UT_N輸出電壓為Voutn。當Vp>Vn時，則Voutp>Voutn，U3輸出為正電流；當Vp〈Vn時，則Voutp〈Voutn，U3輸出為負電流；當Vp = Vn時，則Voutp =