Фотоприемное устройство

 

Изобретение относится к фотоэлектронным устройствам, а именно к пороговым полупроводниковым фотоприемным устройствам, и предназначено для использования в высокочувствительной и широкодиапазонной аппаратуре для измерения и регистрации световых потоков. Целью изобретения является расширение диапазона регистрируемых потоков излучения при сохранении пороговой чувствительности, а также повышение точности реглетрации потоков, превышающих nniom насыщения . Для этого п mn.cii v j- роиство, содержащее фотолнод, u l.i--- ренциальный усилитель и ociio Mioi i i - зистор, введены дп. транзистор i и л дополнительных ррчнсгора, нк-рпч чы . таким образом, ч го при болы in мгм - ностях излучения лимннй фогток фот - диода протекает не терся основной ,- зистор, а через второй допопнитолъный резистор и эмнттерные n pexo iii введенных транзнс i opois. Пия повышения точности регистрации досгагпч.1 больших мощностей получения и р1рчмрения функциональних возможности, устройство введены HTOPOII гтиффоречциальный усилитель, резистор oupii ной связи и дополни и-ти,ныи грлнзш-- тор, согласованный с первым грtr истором и выполненный с ним H.J одном кристалле, причем нычоч второго дифференциального усимигелч явняе гг л вторым дополнительным iыходом усi- ройства. 1 з.п, ф-лы, 2 ил. 0 ш с: г - ъ-

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1627861

1 5Ц С О1 .1 1/44

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ Il

Аксененко M.Ä. и др. Микроэлектронные фотоприемные устройства. — М.:

Энергаатомиздат, 1984, с. 83. (54) ФОТОПРИЕг1НОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к фотоэлектронным устройствам, а именно к пороговым полупроводниковым фотоприемным устройствам, и предна1tta»etio для использования в высакочунс ft!H тельной и широкодиапазоннай аппаратуре для измерения и регистрации световых потоков. Целью изобретения является расширение диапазона регистрируемых потоков излучения при сохранении пороговой чувствительности, а также понышение точности регистраИзобретение относится к фотоэлектронным устройствам, а именно к пороговым полупроводниковым фотоприемным устройствам, а предназначена для использования в высокачунстнительной и широкадиапазоннай аппаратуре для измерения и регистрации световых потокон.

Целью изобретения является расширен;1е диапазона регистрируемых световых потоков при сохранении поции потоков, превышающих патак11 II;1 сыщения. Для этого г1 из11 c i. у тройства, сапержа1иеа фатсп111аг1, п1 !иа— рЕНцнаЛЬНЫй уСИПИтс ЛЬ И аа11а 111 и зистор, введены дн,. трап.истс р.i допалпитель1:ых ре.1ис гара, I к.:I а .c!IIII .: таким образам, lта при ба 11 ш 1х f1 t I — настях излучения лишний фататс к ф1 iдиода протекает не 1ера 3 ас11с г1пай зистор, а через втарс и даг1алнитс:I»ный резистор и эмнттернк1а па1 i xt!;II . введенных транзистс рс н. Пля пас1ыи1ения точности pt гистрации дас гатач . больших мощностей пзлучан11я и р1с1ш1-рения функциональных на 1г1аж11астей, . устройство ннеден1,1 второй диффс не11— циальный усилитель, разпс t i,р абра;.-ной связи и допол11итепьнь1й трлн 111 "тор, согласованный ti 11ерным f ð; 11 ис:— тором и выполненни1й с )ill 11; с111н 1;1 кристалле, причем пыхал Ii гс>рс1га д1111ференциальнаго уси:1ителя янина п,l вторым допалнитель. ым гbtxo;tntt ус f— ройства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. роговой чувс.гвительн а т1 а т,i и а повышение точи; сти р: t II! тра1,:»*, кав, преиышс1ю1ш1х па f t: 11а«1111 e-iti. i .

На фиг. 1 предстаглс tt,i при11н1 альная схема ус i райс тн;1, :1:1 фi: передаточные характеристики 111 гапр11ЕМНОГО уСтрсйСтВа Г1с траМ 1111Х 1 га 1, Фотоприемное ус гр; 1 :. гг (! ПУ1 дервлт фатодиод 1, д11ффаран1п а 1ь»: iii усилитель 2 и ос нанн а11 рс включенный между tib!.;i :i,м 11 t ";iг;t

162786,1 рующим входом лифференциального усилителя 2, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной 4, причем фотодиод 1 включен между входами диф5 ференциального усилителя 2, два транзистора 5 и 6 и два дополнительных резистора 7 и 8, причем эмиттер первого транзистора 5 соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя 2, а его база и коллектор соединены с общей точкой двух дополнительных резисторов 7 и 8, первый из котоРых вторым выводом соединен с общей шиной 4, а второй дополнительный резистор 8 вторым выводом, который является дополнительным выходом 9 устройства, соединен с базой и коллектором второго транзистора 6, эмиттер которого соединен с выходом дифференциального усилителя 2. Кроме того, ФПУ может содержать второй дифференциальный усилитель 10, резистор 11 обратной связи и дополнительный транзистор 12, выполненный на одном кристалле с первым транзистором 5 и согласованный с ним, причем базы и коллекторы их объединены, а эмиттер дополнительного транзистора резистора 11 обратной связи и с инвертирующим входом дифференциального усилителя 10, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной 4, а выход соединен с вторым выводом резистора 11 обратной связи и явля35 ется вторым дополнительным выходом

13 устройства, Устройство работает следующим обра зом.

Све;овой поток Р фотодиодом 1 преобразуется в фототок

Ið= S «Р где S — интегральная чувствительность фотодиода °

Включение фотодиода 1 между входами дифференциального усилителя 2 позволяет обеспечить фотодиоду режим

50 работы при практически нулевом смещении, когда он обладает максимальной линейностью и высокой пороговой чувствительностью вследствие отсутствия темнового тока, Весь фототок протекает через основной резистор

3, в результате чего на основном выходе устройства формируется напряжение Б, Пвы„

1 ° R), где К вЂ” сг противление резистора 3.

Если V,, не превышает напряжения пробоя Н а обратносмещенного эмиттерного пер хода транзистора 6, то падение напряжения на дополнительном резис rnpe 7 равно нулю> r.е. эмиттерный переход транзистора э оказывается включенным параллельно фотодиоду

1, и к нему приложено практически нулевое напряжение смещения, когда его сопротивление превышает 10 — 10 Ом, <(1@ вследствие чего он не оказывает практического влияния на процесс формирования выходного сигнала, так как сопротивление основного резистора 3 обычно выбирается 10 — 10 Ом для реаД «О лизации предельной пороговой чувстви тел ь ггос тгг .

Когда выходное напряжение V<>< превышает напряжение пробоя U 6 (7

8 В) обратносмещенного эмиттерпого перехода транзистора 6, то через него протекает ток, который создает на резисторе 7 падение напряжения, открывающее эмиттерный переход транзистора-5. В результате весь лишний фототок фотодиода 1 протекает не через основной резистор 3, а через эмиттерный переход транзистора

5, резистор 8 и обратносмещенный эмиттерный переход транзистора 6. На передаточной характеристике ФПУ появляется излом (см. фиг. 2). Если до излома наклон передаточной характеристики определяется сопротивлением основного резистора 3, то после излома — сопротивлением резистора 8, которое выбирается на несколько порядков меньше, чем сопротивление резистора 3.

Если требуется с высокой точностью регистрировать и световые потоки достаточно большой мощности, то для этого можно использовать второй дополнительный выход 13.

Как видно из фиг.2, сигнал U9 с выхода 9 при больших засветках становится нелинейным за счет влияния логарифмической характеристики р — пперехода транзистора 5, что снижает точность измерений светового потока.

При использовании второго дополнительного выхода 13 информация о больших засветках может быть получена практически с той же точностью, что и при малых за счет идентичности

1627861 характеристик транзисторов 5 и 12.

В этом случае два согласованных транзистора 5 и 12 практически включены параллельно, так как потенциалы их эмиттеров отличаются на величину разности напряжений смещения дифференциальных усилителей 2 и 10, которая не превышает 1-2 мВ, Так как они согласованы, то токи через них равны, Через транзистор 5 протекает лишний фототок

1 = I q — U@/Rg.

Следовательно, через транзистор 12 протекает аналогичный ток, который с помощью дифференциального усилителя 10 и резистора 11 обратной связи преобразуется в напряжение аа 3 на дополнительном выходе 13

Ир

"Вь. Π— (à — 14 R 1(.

К

Полярность этого напряжения противоположна напряжениям на основном и на дополнительном 9 выходах (фиг, 2), В результате ФПУ с одним фотодиодом позволяет вести высокоточную регистрацию светового потока в двух диапазонах по двум независимым каналам °

Применение изобретения позволяет расширить диапазон регистрируемых световых потоков на 3-4 порядка при сохранении точности регистрации, расширить функциональные возможности устройства за счет получения,цополнительных независимых выходов, а также повысить точность .регистрации больших мощностей при использовании второго дополнительного выхода устройства, Формула и з о б р е т е н и я

1 ° Фотоприемное устройство, содержащее фотодиод, дифференциальный

45 усилитель и резистор, включенный между выходом и инвертирующим входом дифференциального усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, причем фотодиоц включен между входами дифференциального усилителя, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона регистрируемых ков излучения при сохранении пороговой чувствительности, в него введены два транзистора и два дополнительных резистора, причем эмиттер первого транзистора соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, его база и коллектор соединены с общей точкой двух дополнительных резисторов, первый из которых вторым выводом соецинен с общей шиной, а второй вывод второго дополнительного резистора является дополнительным выходом устройства и соединен с базой и коллектором второго транзистора, эмиттер которого соединен с выходом дифференциального усилителя..

2. Устройство по п.1> о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности регистрации потоков, превышающих потоки насыщения, в него введены второй дифференциальный усилитель, резистор обратной связи и дополнительный транзистор, выполненный на одном кристалле с первым транзистором и согласованный с ним, причем базы и коллекторь1 их объединены, а эмиттер дополнительного транзистора соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, охваченного отрицательной обратной связью через соответствующий резистор, неинвертирующий вход дифференциального усилителя соединен с общей шиной, а его выход является вторым дополнительным выходом устройства.

1Ь27861

Составитель A,ßñòðåáîâ

Редактор Л. Веселовская Техред Л.Олидньцс Корректор Н.Ревская

Заказ 331 Тираж 326 Подписное

ВНИИПИ Государ.твенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

11 1035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Нроизводственнn-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина 101