Фотоприемник

 

Изобретение относится к технике измерений света и может найти применение при измерениях света с высоким амплитудным разрешением в условиях флуктуации температуры окружающей среды. Повьшение точности достигает- ,ся за счет того, что фотоприемник. содержащий фотодиод 1 и операционный усилитель 3, снабжен дополнительными операционным, усилителем 4, тремя резисторами 7, теплопроводящей подложкой 2, общей шиной 15 и по меньшей мере тремя транзисторами. Один из транзисторов служит термодатчиком, а другие - нагревателями, расположенными вокруг фотодиода 1 на теплопроводящей подложке 2, имеющей, тепловой контакт со всеми элементами фотоприемника . При включении питакяцих напряжений в диагонали моста, образованного дополнительными резисторами и. р-п-переходом термодатчика появляется разбаланс напряжений, который приводит к изменению коллекторного тока нагревателей. Вследствие этого происходит нагрев или охлаждение теплопроводящей подложки 2 до тех пор, пока не будет обеспечена ее термостабилизация . 3 Ш1, (Л cpt/g.f

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (59 4 С О1 3 1 44

«»

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1ф 17

3

5

7 ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3744518/24-25 (22) 25.05.84 (46) 07.05.86. Бюл. Р 17 (71) Научно-исследовательский институт прикладных физических проблем им. А.Н.Севченко (72) Е.С.Воропай, В.И.Карась, В.М.ломако и П.А.Торпачев (53) 621. 383 (088. 8) (56) Авторское свидетель ство СССР

Ф 1032332, кл. G 01 J 1/44, 1983.

Патент Франции Р 2286375, кл. G 01 J 1/44, 1976. (54) ФОТОПРИЕИНИК (57) Изобретение относится к технике измерений света и может найти применение при измерениях света с высоким амплитудным разрешением в условиях флуктуации температуры окружающей среды. Повышение точности достигает ,ся за счет того, что фотоприемник, содержащий фотодиод 1 и операционный усилитель 3, снабжен дополнительными операционным усилителем 4, тремя резисторами 7, теплопроводящей подложкой 2, общей шиной 15 и по меньшей мере тремя транзисторами. Один из транзисторов служит термодатчиком, а другие - нагревателями, расположенными вокруг фотодиода 1 на теплопроводящей подложке 2, имеющей. тепловой контакт со всеми элементами фотоприемника. При включении питающих напряжений в диагонали моста, образованного дополнительными резисторами и. р-п-переходом термадатчика появляется разбаланс напряжений, который приводит к изменению коллекторного тока нагревателей. Вследствие этого происходит нагрев или охлаждение теплопроводящей подложки 2 до тех пор, пока не будет обеспечена ее термостабилизация. 3 ил.

1229591

i = (П(т),„

nV(T) ных!

" I к (т>к„(т)и„ т K ê(T) Изобретение относится к технике измерений света и может найти применение при измерениях света с Bl>leo ким амплитудным разрешением в условиях флуктуаций температуры окружаю щей среды.

Ф

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый фотоприемник; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 — электрическая схема фотоприемника.

Фотоприемник содержит фотодиод ! теплопроводящую подложку 2, операционные усилители 3 и 4, термодатчик

5 в виде транзистора, нагреватепи

6 (они же транзисторы), блок 7 резисторов, содержащий резисторы, R,, R, R TpH из которых Кг

R образуют регулятор уровня нагрева, а четвертый R представляет собой сопротивление обратной связи операционного усилителя 3, блок 8 коммутации, входы 9 и 10 питания, выход 11 сигнала, токопроводящую подложку 12, металлический цилиндр 13, служащий электростатическим экраном, теплоизолирующий экран 14, общую шину 15. При этом фотодиод 1 имеет фоточувствительную площадку 16.

Фотоприемник работает следующим образом.

Световое излучение поступает на фотоприемную поверхность 16 фотодиода I, вследствие чего через фотоди— од протекает фототок i который усиливается операционным усилителем 3 и представляет собой измеряемый сигнал. Выходное напряжение V(T) фовых топриемника записывается в следующем виде

Б(Т) х =К (Т) 1. К (Т) Р +

+ К (Т), К (Т) Р.„+ ьП(Т) „„(1) где К (Т) — зависящий от температуры

Т коэффициент чувствительности фотодиода к излучению, KÄ(T) — коэффициент, характеризующий зависимость сопротивления цепи обратной связи R

U усилителя от температуры, i — темновой фототок, протекающий через hoтодиод в отсутствие света, rr V(T)„,„слагаемое, характеризующее зависящий от температуры дрейф выходного сигнала операционного усилителя

t5

2S

При включении питающих напряжений в диагонали моста, образованного резисторами R „, R< R g H р-п-переходом термодатчика 5 появляется разбаланс напряжений, который усиливается операционным усилителем 4 и поступает на нагреватели (транзисторы) 6, что приводит к увеличению их коллекторного тока. Выделяющаяся в нагревателях 6 мощность передается теплопроводящей подложке 2, с которой они находятся в тепловом контакте, нагревая тем самым все расположенные на подложке элементы. Повышение температуры на термодатчике 5 уменьшает падение напряжения на нем, вследстввие чего разбаланс на входе операционного усилителя 4 уменьшается, что вызывает уменьшение тока через нагреватели 6. Подводимая к теплопроводящей подложке 2 мощность уменьшается, причем уменьшение мощности происходит до тех пор, пока не установится баланс между подводимой к теплопроводящей подложке и отводимой от нее мощностью. При этом теплопроводящая подложка 2 нагрева— ется,цо температуры, определяемой напряжением на делителе, образованном резисторами R> и Кэ. Эта температура Т выбирается выше возможных изменений температуры окружающей среды

Т . При изменении Т, а следовательс но, и температуры подпожки Тд, на входе операционного усилителя 4 снова появляется разбаланс напряжений, покольку термодатчик 5 находится в тепловом контакте с теплопроводящей подложкой. Вследствие этого по описанному механизму происходит нагрев или охлаждение теплопроводящей подложки 2 до тех пор, пока не будет выполнено условие T> = T, т.е. обеспечивается термостабилизация теплопроводящей подложки 2, а, следовательно

rroскольку фотодиод 1, операционный усилитель 3 и резистор (сопротивление) R и находятся в тепловом контакте с теплопроводящей подложкой 2.

Номиналы резисторов в устройстве подбираются следующим образом.!

22959!

Составитель С.Непомнящая

Редактор В.Иванова Техред О.Гортвай Корректор А.Зимокосов

Заказ 2443/40 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственн гполиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4

R выбирают в диапазоне от

E>/I » до Е„ /Т ;„, R > выбирают равным К,, à R определяют из соотноше.ния R /R E„Яо 1 rpe Е и личина напряжения между первым полюсом источника тока питания и общей шиной I ;„ и I „ — соответственно минимальная и максимальная величина тока через р-и †перех термодатчика 5, при котором он работает стабильно, !1 — разность потенциалов на р-и-переходе термодатчика 5, измеренная предварительно при нагреве термодатчика до рабочей температуры фотоприемника, которая выбирается не меньшей максимальной возможной температуры за время проведения измерений. Большинство термодатчиков работает стабильно при рабочих токах от I;„ =10 мкА, до — 10 мА. При величине тока менее

1, сказываются токи утечки, при в ичине тока более ?Фцк заметно влияние разогрева самого термодатчика.

R выбирают равным R, так как это симметризует условия на обоих входах дополнительного операционного усилителя 4.

Формула изобретения

Фотоприемник, содержащий фотодиод и операционный усилитель, охваченные отрицательной обратной связью, в цепи которой включен резистор, а также источник тока питания, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, он снабжен дополнительными операционным усилителем, тремя резисторами, теплопроводящей подложккой, общей шиной и по меньшей мере тремя транзисторами, один из которых служит термодатчиком, а другие — нагревателями, расположенными вокруг фотодиода на теплопроводящей подложке, имеющей тепловой контакт со всеми элементами фотоприемника, причем дополнительные резисторы и р-п-переход дополнительного термодатчика образуют мостовую схему, к одной из диагоналей которой подключен первый полюс источника тока питания и общая шина, другая диагональ включена между входами дополнительного операционного усилителя, выход дополнительного операционного усилителя соединен с базами нагревательных транзисторов, коллекторы которых подключены к второму полюсу источника тока питания, а эмиттеры соединены с общей шиной, при этом термодатчик и нагреватели образуют цепи тепловой отрицательной обратной связи через подложку.