Фотоприемник с регулировкой коэффициента усиления

 

ФОТОПРИЕМНИК С РЕГУЛИРОВКОЙ КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ, содержащий фотоэлектронный умножитель с электродами стационарного и неста1щонариого потенциалов, блок питания с делителем напряжения, блок синхронизации и блок генератора управляющего напряжения, причем электроды со стационарными потенциалами последовательно соединены через резисторы, зашунтированные емкостями с полюсами блока питания, а электроды с нестационарными потенциалами соединены последовательно между собой разделительными емкостями и подключены через емкость к выходу блока генератора управляющего напряжения, вход которого соединен с выходом блока син-, хронизации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования коэффициента усиления, в цепь питания электродов с нестационарными потенциалами введены резисторы и диод, причем резисторы подключены параллельно разделительным емкостям, а -анод диода соединен с ближайшим к фотокатоду электродом § с нестационарным потенциалом, катод диода соединен через емкость с положительньш полюсом блока питания и со средней точкой потенциометра, включенного между предьадущим и 2 С последующим электродами со стационарными потенциала14И относительно ближайшего к фотокатоду электрода с нестационарным потенциалом, а ближайший к аноду электрод с нестацио:о 1 нарным потенциалом через параллельно соединенные резистор и разделительО ную емкость подключен к резистору, со присреда1ненному к положительному полюсу блока питания.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК А

ИЕ (И) у я1 Н 01 J 40/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И, ОТКРЫТИЙ

1 ф : >lV59," ь

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 13

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3462235/18-21 (22) 05. 07. 82 (46) 23.05.84. Бюл. Ф 19 (72) П.И.Нолле (71) Специальное конструкторское бюро, научного приборостроения "Оптика" Томского филиала Сибирского отделения АН СССР (53) 621.385.832 (088.8) (56) 1. Аллен и Эванс. Лазерный локатор для регистрации структуры аэрозолей. — "Приборы для научных исследований", 1972, В 10, с. 18-29.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 7583!О, кл. Н 01 Э 40/12, 1980 (прототип). (54)3(57) ФОТОПРИЕИНИК С РЕГУЛИРОВКОЙ

КОМФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ, содержащий фотоэлектронный умножитель с электродами стационарного и нестационарного потенциалов, блок питания с делителем напряжения, блок синхронизации и блок генератора управляющего напряжения, причем электроды со стационарными потенциалами последовательно соединены через резисторы, зашунтированные емкостями с полюсами блока литания, а электроды с неста-ционарными потенциалами соединены последовательно между собой разделительными емкостями и подключены через емкость к выходу блока генератора управляющего напряжения, вход которого соединен с выходом блока син- . хронизации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования коэффициента усиления, в цепь питания электродов с нестационарными потенциалами введены резисторы и диод, причем резисторы подключены параллельно разделительным емкостям, а анод диода соединен с ближайшим к фотокатоду электродом с нестационарным потенциалом, катод диода соединен через емкость с положительным полюсом блока питания и со средней точкой потенциометра, включенного между предыдущим и последующим электродами со стационарныьж потенциалами относительно ближайшего к фотокатоду электрода с нестационарным потенциалом, а ближайший к аноду электрод с нестационарным потенциалом через параллельно соединенные резистор и разделительную емкость подключен к резистору, присоединенному к положительному полюсу блока питания.

1094090

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для преобразования быстроменяющихся световых потоков с .большим динамическим диапазоном в электрические сигналы, например, в лазерных локаторах.

Известен фотоприемник с временной регулировкой коэффициента усиления, содержащий фотоэлектронный 10 умножнтель, блок питания с делителем напряжения, генератор управляющего напряжения и блок синхронизации. Делитель напряжения образован сложной цепью, с помощью которой на все элек- t5 троды подаются постоянные потенциалы, устанавливающие пониженное значение коэффициента усиления ФЭУ. При этом фотокатод, фокусирующий электрод и все нечетные электроды (диноды) ум- 20 ножительной системы, последовательно зашунтированы емкостями на землю, и нечетные электроды образуют электроды о стационарными потенциалами.

Четные электроды последовательно сое- 2 динены между собой и с генератором управляющего напряжения разделительными емкостями. Причем разделительные емкости подключены к четным электродам через два последовательно сое- 30 диненных резистора, а общая точка резисторов подключена к цепи, обра- зующей делитель напряжения ФЭУ.

При регистрации световых потоков импульс с генератора управляющего

1 напряжения изменяет потенциалы на четных электродах, увеличивая коэффициент усиления по требуемому временному закону i11.

Однако прохождение импульса напряжения по цепи четный электродделитель напряжения ФЭУ изменяет потенциалы на нечетных электродах, т.е. на электродах со стационарными потенциалами, и приводит к изменению коэффициента усиления. Кроме того, протекание через .ФЭУ сигнального тока приводит к тому, что подпитывающий ток динода протекает через резистор, соединяющий электрод с нестационарным потенциалом, и делитель напряжения, вызывая на нем падение напряжения. Это падение напряжения на резисторе в свою очередь изменяет потенциал электрода с нестационарным потенциалом в зависимости от протекания сигнального тока через

ФЭУ. Таким образом, в ФЭУ возникает обратная связь, нарушающая необходимый временной закон изменения коэффициента усиления.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является фотоприемник с временной регулировкой коэффициента усиления, в котором делитель напряжения ФЭУ образован последовательно соединенными резисторами, при этом каждый электрод с нестационарным потенциалом подключен через резистор либо к .предыдущему, либо к последующему электродам со стационарными потенциалами t23Однако и в этом случае прохождение импульса управляющего напряжения через резистор смещения и шунтирующие емкости электродов со стационарными потенциалами приводит к изменению потенциалов электродов со стационарными потенциалами. Так, для приведенных HoHHHcUIoB элементов потенциалы электродов со стационарными потенциалами под воздействиемимпульса управляющего напряжения изменяются на 0,3-1,5 В, что в свою очередь изменяет установленный коэффициент усиления ФЭУ.

Кроме того, по одному и тому же резистору смещения протекает ток управляющего напряжения.и подпитывающий ток электрода. Направление тока зависит от полярности импульса управляющего напряжения и дпя положительной полярности, т.е. когда каждый электрод с нестационарным потенциалом,подключен к предыдущему электроду со стационарным потенциалом, направления токов совпадают.

Таким образом, увеличение светового потока приводит к эквивалентному увеличению подпитывающего тока электрода с нестационарным потенциалом, увеличению падения напряжения на . резисторе смещения, увеличению потенциала на электроде и, как следствие, к увеличению коэффициента ФЭУ.

Когда каждый электрод с нестационарным потенциалом. подключен через резистор .смещения к последующему, считая от фотокатода, электроду со стационарным потенциалом, увеличение светового потока на фотокатоде приводит к уменьшению коэффициента уси-. ления ФЭУ, что снижает точность измерения светового потока в каждый момент времени. Причем наибольшее паразитное действие оказывает посто1094090

3 янный световой поток, например фоно., вое излучение. При большом уровне засветви временной закон изменения коэффициента усиления нарушается за счет изменения начальных потенциалов электродов с нестационарными потенциалами, что является недостатком устройства.

Целью изобретения является увели,чение точности регулирования коэф- 10 фициента усиления ФЭУ.

Указанная цель достигается тем, что в фотоприемнике с регулировкой коэффициента усиления, содержащем фотоэлектронный умножитель с элект- 15 родами стационарного и нестационарного потенциалов, блок питания с делителем напряжения, блок синхронизации и блок генератора управляющего напряжения, причем электроды со ста- 20 ,ционарными потенциалами последовательно соединены через резисторы, зашунтированные емкостями с полюсами блока питания, а электроды с нестационарными потенциаламн соединены 25 постедовательно между собой разделительными емкостями и подключены через емкость к выходу блока генератора управляющего напряжения, вход которого соединен с выходом блока синхронизации, в цепь питания электродов с нестационарными потенциалами введены резисторы и диод, причем резисторы подключены параллельно разделительным емкостям, а анод диода соединен с ближайшим к фотокатоду электродом с

35 .нестЬционарным потенциалом, катод диода соединен через емкость с положительным полюсом блока питания и со средней тонкой потенциометра, включенного между предыдущим и после. дующим электродами со стационарными потенциалами относительно ближайшего . к фотокатоду электрода с нестационар ным потенциалом, а ближайший к аноду

45 электрод с нестационариым потенциалом через параллельно соединенные резис- . . тор и разделительную емкость подклю.чен к резистору, присоединенному к

50 положительному полюсу блока питания.

Разбиение схемы делителя на две обособленные ветви для электродов со стационарными и нестационарными потенциалами, при котором ветвь делителя для электродов с нестационарными 55 потенциалами поцключен к apyroA ветви через диод, который запирается при подаче импульса управляющего йааряжения, исключает. влияние импульса управляющего напряжения на электроды со стационарными потенциалами.

В отличие от известного устройства, где в качестве нагрузки для генератора управляющего напряжения использовались резисторы смещения, выполняемые высокоомными для уменьшения влияния управляющего импульса на электроды со стационарными потенциалами, роль нагрузки выполняет последнее звено ветви делителя для электродов с нестационарными потенциалами, которое может быть выполнено низкоомным, при этом влияние обратной связи по сигнальному току ФЭУ будет незначительным.

Фотоприемник может находиться в исходном состоянии как с максимальным коэффициентом усиления, так и с минимальным. Соотношение величин резисторов обеих ветвей выбирают такими, чтобы в исходном состоянии разности потенциалов между парами соседних однородных электродов (т,е. между соседними электродами со стационарными или нестационарными потенциалами) были близки по величине.

Исходная величина коэффициента усиления фотоприемника устанавливается с помощью потенциометра и суммарного сопротивления пары резисторов, включенных последовательно между последним электродом с нестационарным потенциалом и плюсовым полюсом блока питания. Если все электроды с нестационарными потенциалами находятся под потенциалами, равными средней величине между потенциалами соседних электродов со стационарными потенциалами, что обеспечивает максимальное усиление ФЭУ (в случае несимметричной зависимости коэффициента усиления какого.-либо электрода от распределения потенциалов устанавливается необходимое распределение потенциалов с помощью соотношения величин сопротивлений звеньев делителя), то при подаче импульса управляющего напряжения отрицательной полярности коэффициент усиления умножителя будет уменьшаться за счет изменения потенциалов. Если каждый из электродов с нестационарными потенциалами в исходном состоянии находится под потенциалом последующего электрода со стационарным потенциа-. лом, коэффициент усиления умножителя

1094090 минимален и отрицательный импульс управляющего напряжения увеличивает

его.

На чертеже приведена структурная схема фотоприемника с регулировкой коэффициента усиления.

Фотоприемник содержит фотоэлектронный умножитель 1, блок 2 питания, блок 3 генератора управляющего напряжения, блок 4 синхронизации и делитель напряжения, образованный резисторами 5-9, потенциометром 10 и диодом 11. При этом к фотокатоду

ФЭУ 1 подключен отрицательный полюс источника 2 питания и последующие от фотокатода электроды со стационарным потенциалом подключены к блоку 2 питания последовательно через резисторы 5. Последующие электроды со стационарными потенциалами подключены к ветви целителя, образованной потенциометром 1О и резисторами 6 и 7. Все резисторы, от которых запитываются электроды со стационарными потенциалами, зашунтированы емкостями 12. Ветвь делителя, от которой запитываются электроды с нестационарными потенциалами, обра зована диодом 11., резисторами 6, 8 и 9. При этом для передачи импульса управляющего напряжения к электродам с нестационарными потенциалами от генератора 3 управляющего напряжения используются разделительные емкости 13, а резистор 9 служит для генератора 3 нагрузкой.

Емкость 14 соединяет анод диода 11 с положительным полюсом источника

2 питания.

20

30

Фотоприемник работает следующим образом.

В момент начала регистрации светового потока блок 4 синхронизации запускается опорным импульсом и вы рабатывает импульс синхронизации, 45 запускающий в свою очередь блок 3 генератора управляющего напряжения, который формирует импульс напряжения отрицательной полярности. Этот им-. пульс через разделительные емкости

13 смещает потенциалы электродов с нестационарными потенциалами до значений, близких к потенциалам, обеспечивающим максимальный коэффициент . усиления умножительной системы. Диод 5

11 при этом запирается и импульс управляющего напряжения на ветвь делителя для электродов со стационарнымн потенциалами не поступает. Световой поток, поступающий на фотокатод, преобразуется в поток фотоэлектронов и усиливается до максимально возможного значения. Емкости

12 и 13 при этом являются подпитывающими для тока, протекающего через фотоумножитель. По окончании импульса управляющего напряжения диод 11 отпирается и на электродах устанавливаются потенциалы, обеспечивающие минимальный коэффициент усиления умножителя.

В случае формирования импульса управляющего напряжения с пологим передним фронтом коэффициент усиления фотоумножителя может изменяться по временному закону.

Таким образом, разбиение делителя напряжения в предлагаемом фотоприемнике на две ветви позволяет исключить воздействие управляющего импульса на электроды со стационарными потенциалами и исключить искажение величины коэффициента усиления ФЭУ за счет обратной связи на резисторах смещения. При этом точность задания коэффициента усиления фотоприемника повышается.

Испытания макетного образца фотоприемника на ФЭУ типа ФЭУ-87 с предлагаемой схемой делителя напряжения, в которой резисторы 5 равны 100 кОИ резисторы 6 — 400 кОм, резисторы 7

200 кОм, резистор 8 — 350 кОм, резистор 9 — 30 кОм, потенциометр 10—

200 кОм, емкости 12 и 13 — по 0,47 мкФ, емкость 14 — О, 15 мкФ, и имеется диод 11 типа КД105, показали, что изменение коэффициента усиления под воздействием управляющего импульса отрицательной полярности с амплитудой

120 В составляет более 5- 10 при этом изменение светового потока не вызывает изменения коэффициента усиления

ФЭУ. Изменение потенциалов на электродах со стационарными потенциалами не.превышает 10 В и вызвано прохождением импульса по паразитным емкостям электродов ФЭУ.

Описанный фотоприемник с регулировкой коэффициента усиления найдет применение при регистрации быстроменяющихся световых потоков с большим динамическим диапазоном. Например, применение его в метеорологическом лазерном локаторе позволит повысить

1094090

Составитель В.Белоконь

Редактор Н.Лазаренко Техред Корректор О.Билак

Заказ 3449/42 Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035,,Москва, Ж-35, Раувская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная ° 4 точность регистрации обратно рассеянного сигнала как в аналоговом, так и в счетном режимах измерений, что позволит. получать более достоверную информацию об окружающей среде.