Измеритель амплитудно-частотных характеристик фотоприемников

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения амплитудно-частотных характеристик фотоприемника за счет компенсации источников погрешностей и увеличение быстродействия измерителя. Устройство содержит генератор 1 линейно-изменянщегося напряжения. Источник 15 излучения включает генератор 2 качающейся частоты, аттенюатор 3, усилитель 4 мощности, разделительный конденсатор 5, источник 6 тока, светодиод 7, фотоприемники 8 и 9, дифференциальный усилитель 10, источник 11 опорного напряжени я, вычитатель 12, интегратор 13 и функциональный преобразователь 14. Блок 16 селекции содержит генератор 17, балансные смесители 18 и 20. фильтр 19 нижних частот, полосовой фильтр 21, выпрямитель 22 и регистратор 23. Блок 16 селекции позволяет снизить погрешность измерения амплитудно-частотных характеристик за счет существенного ослабления амплитуд гармоник, соответствующих высшим гармоникам модулированного сигнала в спектре излучения светодиода. 1 ил. (Л

CQl03 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

49 А ((9) SU ((и (5D 4 G 01 .Х 1 44

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

3(Рг

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, ",,„/

H ABTOPCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 3634759/24-2 1 (22) 15.08.83 (46) 07.04.86. Бюл. № 13 (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) Г.Д.Петрухин, Н.В.Шиянов и А.В.Картуков (53) 621.317(088.8) (56) ГОСТ 17779-79.

Авторское свидетельство СССР № 960548, кл. С 01 J 1/44,, 1982. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК ФОТОПРИЕМНИКОВ (57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике. Цель изобретения — повышение точности измерения амплитудно-частотных характеристик фотоприемника за счет компенсации источников погрешностей и увеличение быстродействия измерителя. Устройство содержит генератор 1 линейно-изменяющегося напряжения. Источник 15 излучения включает генератор 2 качающейся частоты, аттенюатор 3, усилитель 4 мощности, разделительный конденсатор 5, источник 6 тока, светодиод 7, фотоприемники 8 и 9, дифференциальный усилитель 10, источник 11 опорного напряжения, вычитатель 12, интегратор 13 и функциональный преобразователь 14.

Блок 16 селекции содержит генератор 17, балансные смесители 18 и 20, фильтр 19 нижних частот, полосовой фильтр 21, выпрямитель 22 и регистратор 23. Блок 16 селекции позволяет снизить погрешность измерения амплитудно-частотных характеристик за счет существенного ослабления амплитуд гармоник, соответствующих высшим гармоникам модулированного сигнала в спектре излучения светодиода. 1 ил.

1223049

Изобретение относится к радиоизмерительной технике для исследования амплитудно-частотных характеристик фотоприемников.

Цель изобретения — повышение точности измерения амплитудно-частотных характеристик исследуемого фотоприемника путем компенсации источников погрешностей.

На чертеже представлена структур- 10 ная схема предлагаемого устройства.

Измеритель амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) содержит генера" тор 1 линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), генератор 2 качающейся tS частоты (ГКЧ), аттенюатор 3, усилитель 4 мощности, разделительный конденсатор 5, источник 6 тока, свето циод 7, первый 8 и второй 9 фото приемники, дифференциальный усили- 20 тель 10, источник 11 опорного напряжения, вычитатель 12, интегратор 13, функциональный преобразователь 14, (блоки 2-14 образуют источник 15 излучения), блок 16 селекции, в который 25 входят генератор 17, первый балансный смеситель 18, фильтр 19 нижних частот, второй балансный смеситель 20, полосовой фильтр 21, выпрямитель 22 и регистратор 23. 30

В измерителе АЧХ фотоприемников вход ГКЧ 2 соединен с выходом ГЛИН 1, а выход — с входом аттенюатора 3> выходом связанного с усилителем 4 мощности. Выходное напряжение последнего поступает через разделительный конденсатор 5 совместно с током с выхода управляемого источника 6 тока на светодиод 7. Излучение светодиода падает на первый фотоприемник 8, выход которого подключен к первому входу дифференциального усилителя 10,. к второму входу которого подключен выход второго фотоприемника 9. Выход источника 11 опорного напряжения соединен с вторым входом вычитателя 12, первый вход которого подключен к выходу дифференциального усилителя 10. Выход вычитателя связан через интегратор 13 с управляющим входом аттенюатора 3. Выход ГЛИН 1 подключен через функциональный преобразователь 14 к входу генератора 6 тока.

В блоке 16 селекции, выход генератора 17 соединен с первым входом Ы5 первого балансного смесителя 18, второй вход которого подключен к выходу ГКЧ 2, выход смесителя 18 соединен через фильтр 19 нижних частот с первым входом второго балансного смесителя 20, второй вход которого является первым входом блока 16 селекции, выход балансного смесителя 20 через последовательно соединенные полосовой фильтр 21 и выпрямитель 22 подключен к первому входу регистратора 23, второй вход которого связан с выходом ГЛИН 1.

Устройство функционирует следующим образом.

Линейно изменяющееся напряженке с ГЛИН 1 подается на ГКЧ 2, вырабатывающий синусоидальное напряжение, частота которого пропорциональна амплитуде управляющего напряжения.

Частотно-модулированное напряжение поступает через аттенюатор 3 на усилитель 4 мощности, центральная частота полосы пропускании которого перестраивается сопряженно с частотой управляемого генератора 2 напряжением ГЛИН 1, подаваемым на управляющий вход усилителя 4. Усиленное напряжение с его выхода поступает через развязывающий конденсатор 5 на анод светодиода 7 — источника оптического злучения. Для предотвращения шунтирования высокого выходного сопротивления источника Ь тока низким выходным сопротивлением усилителя 4 напряжения введен разделительный конденсатор 5.

Оптическое излучение, генерируемое светодиодом 7, поступает на фотоприемник 8. Сигнал с выхода фотоприемника 8 поступает на первый вход дифференциального усилителя 10, второй вход которого связан с выходом идентичного основному дополни-. тельного фотоприемника 9. Использование идентичных фотоприемников 8 и 9 при конструктивном совмещении их корпусов и связей с дифференциальным усилителем 10 позволяет получить приблизительно равную чувствительность каждого .из каналов к фоновым засветкам и электромагнитным помехам. В связи с этим на выходе дифференциального усилителя 10. указанные помехи оказываются значительно ослабленными, что снижает погрешности измерения. Для лучшей защиты устройства от фоновых засветок дополнительный фотоприемник 9 может быть снабжен перемещающейся диафрагмой (не показана), позволяющей ре1223049

10!

20

55 гулировать интенсивность поступающего на фотоприемник фона по минимуму сигнала на выходе усилителя IO. Выходное напряжение последнего сравнивается в вычитателе 12 с напряжением опорного источника 11. Полученная разность напряжений поступает на интегратор 13 и с его выхода — на управляющий вход аттенюатора 3. Элементы устройства представляют собой цепь автоматического регулирования, предназначенную для поддержания постоянства амплитуды модуляции оптического излучения, необходимого для минимизации погрешности измерения

АЧХ исследуемого фотоприемника.

Ток на выходе фотоприемника кроме высших и первой гармоник соответственно имеет постоянную составляющую Р, пропорциональную току источника 6, а также некоторое приращение постоянной составляющей. Последнее полностью обусловлено нелинейностью люкс-амперной характеристики и про— порционально квадрату глубины модуляции.

Вычитание постоянной составляющей, задаваемой источником 11 опорного напряжения с последующим интегрированием в блоке 13 позволяет получить напряжение, управляющее аттенюатором 3. Тогда уровни постоянной составляющей и первой гармоники поддерживаются постоянными при нестабильных коэффициентах передачи блоков устройства, например блоков 3 и 4.

Указанное свойство предложенной структуры позволяет использовать стабилизированную амплитуду первой гармоники частоты модуляции оптического излучения для снятия АЧХ исследуемого фотоприемного устройства.

Если в силу каких-либо причин напряжение сигнала модуляции оптического излучения убывает, начинает уменьшаться и связанный с глубиной модуляции прирост постоянной составляющей А P . При этом на выходе вычитателя 12 появляется сигнал разбаланса, вызывающий появление на выходе интегратора сигнала управления, увеличивающего коэффициент передачи аттенюатора до восстановления уровня прироста постоянной составляющей и связанной с ней амплитуды первой гармо ники, Поддержание стабильной амплитуды первой гармоники возможно при постоянстве спектра гармоник сигнала и наличии автоматического регулятора, поддерживающего неизменность постоянной составляющей сигнала. Однако светоизлучающий диод 7 работает в режиме прямого смещения, характеризующемся значительной диффузионной емкостью. Совместно с эквивалентным соп ротивлением, включенным параллельно р-п-переходу, указанная емкость образует эквивалентный фильтр низких частот с частотой среза, и крутизной АЧХ за пределами полосы прозрачности около 6 дБ/окт. Частота среза оказывается в диапазоне рабочих частот измерителя, в связи с чем функционирование устройства в пределах полосы прозрачности и за ее пределами существенно различается.

При О < ) <), справедливы выше приведенные рассуждения. При ы3 — спектр гармоник сигнала деформируется, а именно частоты высших гармоник попадают в область "завала" АЧХ. Тогда форма сигнала за счет ослабления высших гармоник приближается"к синусоидальной. Автоматический регулятор поддерживает постоянство К P кото=рое достигается в данном случае за счет увеличения уровня первой гармоники, не вышедшей за пределы полосы прозрачности фильтра, и уровня высших гармоник. В связи с этим в области u3 ), наблюдается подъем первой гармоники, сохраняющийся до верхних частот устройства и приводящий к появлению дополнительной погрешности измерения.

Для устранения указанной погрешности в схему введен функциональный преобразователь 14, имеющий передаточную характеристику типа двустороннего ограничения. В качестве преобразователя можно использовать, напри! мер, операционный усилитель в режиме двустороннего ограничения. При = 3, функциональный преобразователь, на вход которого подается пилообразное напряжение, начинает выдавать управляющее напряжение, повышающее ток источника 6 тока. Этим достигается возвращение постоянной составляющей к прежнему уровню и стабилизация амплитуды первой гармоники.

Уровни ограничения преобразователя 14 выбираются следующим образом.

Верхний уровень устанавливается таким, чтобы соответствующая ему частота ГЛИН была равна часто с. среза эквивалентного фильтра. Частота

1223049

ВНИИПИ Заказ 1702/43

Тираж 778 Подписное

Филиал ЛПП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 нижнего уровня должна быть такой, чтобы соответствующее ей высшие гармоники сигнала начинали выходить за пределы полосы пропускания эквивалентного фильтра. Амплитуда управляющего напряжения преобразователя 14 выбирается достаточной для постоянства амплитуды первой гармоники на оптической несущей.

Таким образом, оптическое излучение светодиода 7 содержит некоторую постоянную составляющую, модулированную частотой управляемого генератора 2. Это излучение направляется на исследуемый фотоприемник, сигнал с которого подается на вход блока 16 селекции. Сигнал поступает на второй вход второго балансного смесителя 20, на первый вход которого подается сигнал генератора 2, частота которого смещена вниз с помощью генератора 17, первого балансного смесителя 18 и фильтра 19 нижних частот.

После смещения в смесителе 20 на его выходе полосовым фильтром 21 выделяется разностная частота, равная частоте генератора 17. Амплитуда сигнала с разностной частотой пропорциональна первой гармонике оптической несущей. Зависимость последней от частоты описывает АЧХ исследуемого фотоприемника. Таким образом, после выпрямления в блоке 22 на вертикальный вход регистратора 23 поступает напряжение, пропорциональное коэффициенту передачи исследуемого фотоприемника, на горизонтальный вход— линейно изменяющееся напряжение, что позволяет получить графическое изображение АЧХ фотоприемника. Блок 1б селекции, содержащий указанные элементы, позволяет снизить погрешность измерения АЧХ за .счет существенного ослабления амплитуд гармоник, соответствующих высшим гармоникам модулирующего сигнала в спектре излуче" ния светодиода.

Изобретение имеет повышенное быстродействие и точность. Время, необходимое для получения АЧХ предложенным устройством, — не более нескольких секунд, в него входит время ус,тановки органов управления и время регистрации полученной АЧХ фотоприем5 ника.

Формула изобретения

Измеритель амплитудно-частотных характеристик фотоприемников, содержащий регистратор и последовательно соединенные генератор линейно изменяющегося напряжения и источник излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введен блок селекции, содержащий последовательно соединенные генератор качающейся частоты, аттенюатор, усилитель мощности, разделительный конденсатор, светодиод, а также интегратор, функциональный преобразователь, источник тока, первый и второй фотоприем2S ники, вычитатель, дифференциальный усилитель и источник опорного напряжения, причем вход источника излучения подключен к управляющему входу усилителя мощности, входу генератора качающейся частоты и входу функционального преобразователя, выход которого через источник тока соединен со светодиодом, оптически связанным с входом первого фотоприемника, выход

35 которого подключен к перво у входу дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с выходом второго фотоприемника, выход дифференциального усилителя соединен с первым

4О входом вычитателя, второй вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, а выход соединен через интегратор с управляющим входом управляемого аттенюатора, выход гене4> ратора линейно изменяющегося напряжения подключен к входу развертки регистратора, сигнальный вход которого соединен с выходом блока селекции, входы которого соединены с выходом исследуемого фотоприемника и выходом генератора качающейся частоты.