Фотоприемное устройство
Изобретение относится к быстродействующим измерителям мощности оптического излучения, может быть использовано в системах оптической локации. Цель изобретения - увеличение динамического диапазона принимаемых сигналов. Фотоприемное устройство содержит последовательно соединенные лавинный фотодиод 1, усилитель 2, фильтр 3 нижних частот, компаратор 4, логический блок 5, регулируемый источник
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК ()9) (!!) (sl)s G 01 J 1/44
ГОСУДАРСТВЕН (ЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ i
Фиг.1
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4754057/25 (22) 31,10.89 (46) 23.09.91. Бал. % 35 (71) Научно-исследовательский институт радиооптики
2) А.Е,Соколов
3) 535,247 (088.8) (56) Патент Великобритании
M .1503088, кл. G. 1 А, 1973.
Патент США
Q 4015118, кл. 250-211, 1980.. (54) ФОТОПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к быстродействующим измерителям мощности оптического излучения, может быть использовано в системах оптической локации. Цель изобретения — увеличение динамического диапазона принимаемых сигналов. Фотоприемное устройство содержит последовательно соединенные лавинный фотодиод 1, усилитель
2, фильтр 3 нижних частот, компаратор 4, логический блок 5, регулируемый источник
1679212
6 питания, выход которого соединен с лавинным фотодиодом, выход усилителя соединен с блоком 7 оценки сигналов, второй вход компаратора соединен с выходом источника 8 опорного напряжения, второй вход логического блока соединен с выходом высокочастотного генератора 9, а также источник 10 оптического излучения, оптически связанный с лавинным фотодиодом, и блок
11 синхронизации, первый выход которого
Ф
Изобретение относится к быстродействующим измерителям мощности оптического излучения и может быть использовано в системах оптической локации.
Цель изобретения — увеличение дина- 5 мического диапазона принимаемых сигналов.
На фиг.1 приведена блок-схема фотоприемного устройства; на фиг,2 — принципиальная электрическая схема логического 10 блока. . Устройство содержит последовательно соединенные лавинный фотодиод 1,. усилитель 2, фильтр 3 нижних частот, компаратор
4, логический блок 5 (дискриминатор дли- 15 тельности импульса), регулируемый источник 6 питания, блок 7 оценки сигналов, источник 8 опорного напряжения, высокочастотный генератор 9, источник 10 оптиче- . ского излучения, оптически связанный с 20 лавинным фотодиодом 1, и блок 11 синхронизации, Вход 12 логического блока 5 соединен с выходом компаратора, вход 13 — с блоком 11 синхронизации, вход 14 — с высокочастотным генератором 9, а выходы 15 и 25
16 логического блока 5 соединены с входами управления регулируемого источника 6 питания. Выходы 17 и 18 блока 11 синхронизации соединены соответственно с источником 10 и входом 13 логического блока 5. 30
B качестве логического блока используется блок, состоящий из счетчиков 19 и 20, Д-триггера 21, двух.логических элементов
НЕ 22 и 23 и логических элементов 24 2И и
25 2И-НЕ, вход разрешения счета счетчика 35
19 является входом 12 логического блока, синхронизирующий вход Д-триггера 21 является входом 13 логического блока, выход элемента 2И 24 является выходом 15 логического блока, выход элемента 2И-НЕ 25 40 является выходом 16 логического блока, а . счетные входы счетчиков 19 и 20 являются входом 14 логического блока.
Фотоприемное устройство . работает следующим образом. 45 соединен с источником оптического излучения и синхронизирующим входом блока оценки сигналов, а второй выход соединен с третьим входом логического блока. Логический блок анализирует импульс на выходе компаратора и в зависимости от его длительности управляет источником 6 питания так, чтобы чувствительность устройства была максимальной при малых сигналах и уменьшалась при больших сигналах. 2 ил, При использовании в системах оптической локации устройство принимает периодически повторяющиеся сигналы, при этом цикл приема разделен на два интервала:
T> —; Tz — подстройка коэффициента умножения лавинного фотодиода, Синхронизация цикла приема осуществляется блоком 11 синхронизации, на выходе 17 которого в интервале Tz формируется первый импульс длитель устью х, и следующий за ним на выходе 18 второй импульс длительностью х2. Во время перво о импульса осуществляется засветка лавинного фотодиода 1 эталонным излучением источником 10 оптического излучения. Если во время интервала Т1 мощность принимаемого излучения меньше мощности эталонного излучения во время импульса х1, то в этом случае стабилизация коэффициента умножения лавинного фотодиода 1 осуществляется по мощности эталонного излучения. Этот световой импульс длительностью х1 преобразуется лавинным фотодиодом 1 в импульс тока, амплитуда которого пропорциональна коэффициенту умножения лавинного фотодиода 1, На входном сопротивлении усилителя 2 импульс тока преобразуется в импульс напряжения, который усиливается усилителем 2 и поступает через фильтр 3 нижних частот на компаратор4. Сигнал на выходе компарато- . ра 4 равен логической "1", если сигнал на его входе превышает опорное напряжение с источника 8 опорного напряжения. При длительности логической "1" на выходе компаратора 4 х1 счетчик логического блока 5 досчитывает до заданного числа N и на его выходе формируется сигнал логической "1", при этом счетчик останавливается. Число
N выбирается из соотношения N - х1 f/2, где f — частота высокочаСтотного генератора 9. При отсутствии сигнала логической "1" на выходе компаратора 4 на выходе счетчика логического блока 5 сохраняется состоя1679212
Mo = Voo/Ри$0 ЯвхКу. оптически связанный с лавинным фотодио30 дом, и высокочастотный генератор, о т л и35
45
50 ние логического "0". При приходе на вход 13 логического блока 5 второго импульса по его переднему фронту логическое состояние с выхода счетчика записывается в Д-триггер, в сам счетчик обнуляется. Таким образом, при длительности логической 1 на выходе компаратора 4, превышающей т1 /2. на выходах 15 и 16логического блока 5формируется импульс логического состояния
"1"-"1" длительностью т, который приводит к уменьшению напряжения на выходе регулируемого источника 6 питания и уменьшению коэффициента лавинного умножения. При длительности логической единицы "1" на выходе компаратора 4 меньше
z1/2 на выходах 15 и 16 логического блока
5 формируется импульс логического состояния "0" -"0" длительностью гр. который приводит к увеличению напряжения на выходе регулируемого источника 6 питания и увеличению коэффициента лавинного умноже ния. Таким образом, в лавинном фотодиоде
1 поддерживается коэффициент лавинного умножения Мо, равный где Voo — напряжение на выходе источника опорного напряжения;
Ри — мощность импульса засветки лавинного фотодиода источником оптического излучения;
So — токовая чувствительность лавинного фотодиода беэ лавинного умножения;
R»- входное сопротивление усилителя;
Ку коэффициент усиления усилителя по напряжению.
Вне интервала тг на выходе логического блока формируется логическое состояние
"0"-"1", которое поддерживает в течение
Pi+ т1 ) неизменным коэффициент умножения лавинного фотодиода 1. Если в течение интервала Т1 на временном отрезке ю1/2 мощность сигнала превышает мощность импульса засветки источником оптического излучения Р» и равна Рс, то напряжение на выходе регулируемого источника 6 питания изменяется таким образом, что у лавинного фотодиода коэффициент умножения М становится «)эвным
М = Von/PcSoRexKy.
Амплитуда сигнала от источника 10 оптического излучения равна
Ч- V..Ì/M, Путем пересчета в блоке 7 оценки си налов по амплитуде излучения источника 10 оптического излучения рассчитывается мощность сигнала в любой момент интервала Т>.
Устройство позволяет за счет регулировки напряжения на лавинном фотодиоде повысить верхний предел регистрации сигнала, С учетом того, что коэффициент умножения лавинного фотодиода при больших сигналах снижается в 10-20 раз, динамический диапазон устройства в - 100-200 раз превышает динамический диапазон известных устройств.
Формула изобретения
Фотоприемное устройство, содержащее последовательно соединенные лавинный фотодиод, усилитель, фильтр, компаратор, а также блок оценки сигналов, вход которого соединен с выходом усилителя, источник опорного напряжения, выход которого соединен с вторым входом компаратора, регулируемый источник питания, выход которого соединен с лавинным фотодиодом, источник оптического излучения ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения динамического диапазона принимаемых сигналов, в него введены дискриминатор длительности импульса и блок синхрониэации, первый вход дискриминатора длительности импульса соединен с выходом.компаратора, первый и второй выходы дискриминатора длительности импульса соединены соответственно с первым и вторым входами регулируемого источника питания, второй вход дискриминатора длительности импульса Соединен с высокочастотным генератором, третий вход дискриминатора длительности импульса соединен с вторым выходом блоке синхронизации, первый выход которого соединен с источником оптического излучения и синхронизирующим входом блока оценки сигналов, а в качестве фильтра используется фильтр нижних частот, полоса пропускания которого равна половине значения частоты высокочастотного генератора.
1679212
Составитель А.Грузинов
Техред M. Моргентал
Корректор С.Шевкун
Редактор Е.Папп
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
Заказ 3201 Тираж 316 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
