По поводу преимуществ использования зелёных лазерных указок небольшой мощности для наведения телескопа на объект написано немало. Быстро, удобно, наглядно, весьма точно (единицы минут дуги), объект обычно сразу же оказывается в поле зрения окуляра. Традиционный искатель – рефрактор малого увеличения – как говорится, отдыхает...
Однако, существует и серьёзное неудобство – ночью холодно, а указки надёжно работают лишь в диапазоне температур от +15 до 35°С. Связано это с особенностями генерации зелёного света в нелинейном кристалле, спрятанном внутри лазерного модуля указки. Ну а поскольку даже летней ночью температура может опускаться до +10…15°С, использование просто указки (без подогрева) становится проблематичным.
Решений может быть несколько. Можно искусственно подогревать лазерный модуль, использовать заведомо хорошую теплоизоляцию, значительно замедляющую остывание ещё тёплой с вечера указки, или, в конце концов, пользоваться указкой только в тёплые ночи
Нагрев модуля можно обеспечить с помощью любого резистора, пропуская через него электрический ток и расположив его в непосредственной близости. Его тепловыделение можно подобрать экспериментально, но вся беда в том, что при различной температуре окружающего воздуха теплопотери модуля также оказываются различными. Поэтому простой резистор сможет эффективно работать лишь в узком диапазоне температур. Рациональнее всего поручить заботу о нужной температуре модуля какому-нибудь автомату. Т.е., использовать термостабилизатор, который автоматически поддерживал бы степень нагрева в пределах 20…30°С. К тому же он должен быть компактным, простым в изготовлении и затрачивать не слишком много энергии.
Перепробовав довольно много вариантов, удалось отыскать близкое к оптимальному решение, основанное на использовании интегрального термостата LM56 фирмы National Semiconductor (или его аналога DS56 фирмы Dallas Semiconductor). Согласно datasheet на эту микросхему, она автоматически поддерживает заданную температуру своего корпуса в пределах 5°С с точностью 2°С. А лучше нам и не требуется…
Поскольку ночью практически всегда холодно (во всяком случае, не выше +35°С), нам никогда не потребуется охлаждать лазерный модуль, достаточно лишь периодически подогревать его, поддерживая нужную температуру. Это сильно упрощает схему термостабилизатора. При остывании модуля до 20°С микросхема включает подогреватель – набор резисторов общей мощностью около 3Вт. Как только температура корпуса микросхемы станет равной 25°С, нагреватель отключается. Понятно, что корпуса микросхемы и лазерного модуля должны иметь между собой хороший тепловой контакт (например, через теплопроводящую пасту типа КПТ или аналогичную импортную, используемую для установки вентиляторов на микропроцессоры ПК). В этом случае можно быть спокойным, что их температуры не будут заметно отличаться.
Конструктивно искатель выполнен в виде единого блока, содержащего лазерный модуль, алюминиевый корпус-теплоотвод, плату стабилизаторов и пластиковый теплоизолирующий кожух. Теплоотвод выполняет сразу несколько функций. Прежде всего – несущего элемента, на котором крепится всё остальное, и который затем устанавливается непосредственно на телескоп. Помимо этого, он имеет довольно большую тепловую инерцию, сглаживающую неизбежные колебания температуры модуля. Ведь во время своей даже кратковременной работы лазерный модуль, наоборот, нагревается! Этому теплу нужно куда-то уходить. Его и аккумулирует теплоотвод, не давая модулю перегреваться. На случай же понижения окружающей температуры, внутри теплоотвода размещен нагревательный элемент, не позволяющий ему охладиться ниже 20°С.
Электронная схема содержит в себе два стабилизатора. Один из них выдаёт на выходе стабилизированное напряжение +3В, необходимое для питания лазерного модуля, а второй управляет работой нагревателя. Первый выполнен на базе отечественной микросхемы КР142ЕН12А по стандартной схеме её включения с делителем на постоянных резисторах. Для повышения экономичности устройства корпус микросхемы крепится на теплоотводе, дополнительно подогревая его в моменты включения указки.
Непосредственно термостабилизатор построен также по стандартной схеме включения микросхемы LM56 с выходным ключевым элементом – мощным полевым транзистором (MOSFET) IRF7201. Последний выбран в силу относительной доступности и, что более важно, одинаковости его корпуса с LM56 (оба размещаются в корпусах SO-8). Никаких особенностей схема не имеет. Номинальное напряжение питания устройства 12В, но работоспособность сохраняется при его изменении в пределах 9…15В. В случае использования других напряжений питания (5…30В) потребуется изменить номиналы резисторов, ограничивающих токи стабилитрона и светодиода. Также понадобится пересчитать номиналы нагревательных резисторов для сохранения величины выделяемой ими тепловой мощности.
Параллельно нагревателю установлен светодиод, сигнализирующий о моментах, когда модуль подогревается. В какой-то мере он помогает судить о температуре лазерного модуля в тот или иной момент, либо о готовности указки к работе непосредственно после включения устройства.
Для уменьшения потерь тепла блок помещён в теплоизолирующий кожух, выполненный из двух шайб вспененного 6 мм ПВХ и куска пенополиэтиленовой трубки. Отверстие для выхода лазерного луча снабжено системой из двух диафрагм, отсекающих рассеянное линзами модуля лазерное излучение, здорово мешающее ночью. Для изготовления диафрагм использованы части трубчатого корпуса чёрного маркера (типа CENTROPEN 2846M), имеющего как раз подходящий диаметр. Кроме этого, диафрагмы дополнительно защищают модуль от попадания влаги через выходное отверстие узла, а также служат лишним препятствием потере тепла.
Алюминиевый теплоотвод выполнен разрезным, состоящим из двух частей. Это позволяет удобно разместить в соответствующих цилиндрических пазах сам модуль и резисторы нагревателя. Все они устанавливаются на теплопроводящую пасту. Помимо пасты, резисторы обёрнуты ещё и тонкой фторопластовой лентой-прокладкой (для исключения возможного электрического контакта между ними и корпусом). После установки модуля и резисторов обе половинки теплоотвода стягиваются винтами.
В качестве источника лазерного излучения использован 20 мВт модуль, приобретённый в интернет-магазине DealExtreme.com (SKU26887 - 20mW 532nm Green Laser Module). Зелёный луч такой мощности уже отлично виден не только ночью, но даже и поздним вечером, его более чем достаточно для надёжного наведения на объект. Модуль немного доработан – из его схемы выпаяна кнопка включения, которая для удобства перенесена на ручку наведения телескопа.
Для защиты от неизбежной ночной сырости узел дополнительно рамещён в пластиковом трубчатом пенале (упаковка от каких-то таблеток...) с единственным свободным отверстием – для выхода луча; к нему сзади подведены два электрических кабеля – по одному подаётся питание +12В, а второй присоединён к кнопке включения указки.
В наладке стабилизаторы не нуждаются, устройство при правильном монтаже начинает работать сразу после включения. При креплении узла на телескопе необходимо проследить за отсутствием электрического контакта между металлическим корпусом телескопа и теплоотводом, т.к. последний обычно замкнут на корпус лазерного модуля, куда при его работе подаётся напряжение +3В.
Разводка односторонней печатной платы (выполненной, кстати, по "лазерно-утюжной технологии"), схема расположения радиоэлементов и их номиналы приведены на рисунке. Монтаж выполнен с использованием SMD-элементов (чип-резисторов, чип-конденсаторов и стабилитрона). С обратной стороны монтируются только провода подключения, микросхема стабилизатора питания указки, электролитический конденсатор и светодиод. Размеры платы 14х28 мм. Шаблон для травления печатных проводников можно получить, распечатав рисунок "зеркала" с разрешением 600 dpi. (После травления платы необходимо удалить внешний ободок фольги шириной 0.5 мм, соединяющий наружные контуры проводников – его удобно использовать для окончательной обрезки платы в размер.)
В роли нагревателя выступают 6 последовательно соединённых резисторов МЛТ-0.5_8.2 Ом общим сопротивлением около 50 Ом. Светодиод – любой красный, на напряжение 2В (АЛ307Б или аналогичный). Для прохода света к наружному кожуху (белого цвета) над светодиодом в непрозрачной пенополиэтиленовой трубке сделан вырез. Плата крепится к теплоотводу двумя винтами, один из которых (М2) прижимает плату с корпусами микросхемы термостата и полевого транзистора к металлической поверхности, обеспечивая тепловой контакт (с использованием пасты!), а второй фиксирует микросхему стабилизатора напряжения.
При возможной замене КР142ЕН12А на зарубежный аналог (LM317T) необходимо учесть, что входной и выходной выводы стабилизатора у них не совпадают (с точностью до наоборот!), поэтому разводку печатной платы под LM317T необходимо будет изменить.
