Оптоэлектронное устройство

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ о>853633 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 051 179 (21) 2834499/18-25 с присоединением заявки М— (51) М. Кл.2

G ОЬ К 7/14

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 070881. Бюллетень Й9 29

Дата опубликования описания 07.0881 (53) УДК 5З5.215 (088.8) (54) ОПТОЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к оптическим системам со световодными линиями передачи телеметрической информации и может быть использовано в различных оптоэлектронных устройствах, где требуются измерения ма.лых световых потоков и быстродействующие приемники оптического излучения °

Известно устройство, предназначенное для анализа вещества оптическим способом, состоящее из источника освещения и фотоумножителя, регистрирующего интенсивность отраженного света 11), Известное устройство используется для анализа веществ в лабораториях, где расстояния источник освещения - анализируемое веществофотбумножитель постоянны. Если при иэмЪрениях расстояния меняются, устройство работает с большими погрешностями и не сбеспечивает необходимой точности н помехоустойчивости.

Наиболее близким к данному техническому решЯ ию является устройство, применяемое для считывания информации, содержащее фотодиод, выходной транзистор, диод первый и второй резисторы полевой транзистор,, резистор управления и источник пита-, ния, причем катод фотодиода подключен к стоку полевого транзистора, а через диод †к базе выходного транзистора и через первый резистор к истоку полевого транзистора и к змиттеру выходного транзистора, затвор полевого транзистора подключен к полэунку регулировочного резистора, коллектор выходного транзистора через второй резистор подключен к аноду фотодиода и к минусу источника питания 12).

Такое схемное решекие не может обеспечить высокого быстродействия по следующим причинам: р-и-переход фотодйода эашунтирован через резистор Ro, помимо собственной емкости

2О перехода Сд,также достаточно большой входной емкостью выходного транзистора Св, емкостью полевого транзистоРа С и и емхостью монтажа Си, в связи с чем постоянная времени с внешних цепей фотодиода = о Сй Свк+ + ñ -См> получается достаточно большой и амплитуда сигнала на входе усилителя на больших частотах сильно уменьша853633 ется, и если не учесть, что выходной каскад не может обеспечить достаточного усиления, то получается весьма низкая чувствительность на высоких частотах. Низкая чувствительность укаэанной схемы объясняется еще и тем, что полевой транзистор используется как пассивный элемент; выполняющий роль переменной динамической нагрузки.

Так как одним из факторов, ограничивающих быстродействие фотодиодов, являются вышеуказанные паразитные емкости, была сделана попытка Сравнительно простым схемным решением более полно реализовать воэможности серийных фотодиодов.

Целью изобретения является повышение быстродействия с сохранением высокой чувствительности.

Поставлеяная цель достигается тем, что в оптоэлектронном устройстве, содержащем фотодиод, анод которого через нагрузочный резистор подключен к средней точке первого резистивного делителя, полевой транзистор, исток которого через второй резистивный делитель соединен с землей, а сток — c базой выходного транзистора и через стоковый и эмиттерный резисторы с эмиттером выходного транзистора, коллектор которого через коллекторынй резистор подключен к земле, анод фотодиода подключен к первому затвору полевого транзистора, а катод соединен со вторым затвором полевого транзистора, через резистор с .плюсом источника питания, а через конденсатор обратной связи с истоком полевого транзистора, подключенным через резистор обратной связи к коллектору выходного транзистора, На чертеже изображена схема оптоэлектронного устройства.

Устройство содержит фотодиод 1., который анодом подключен к первому затвору полевого транзистора 2, а через нагрузочный резистор 3 к сред ней точке первого резистивного делителя, состоящего из резисторов 4 и 5. Средняя точка реэистивного де- . лителя подключена к блокировочному конденсатору 6, второй конец которого заземлен. Катод фотодиода 1 через резистор 7 подключен к плюсу источника питания, а через конденсатор обратной связи 8 к истоку транзистора 2. Катод,фотодиода 1 также подкМпочен к второму затвору транзистора 2. Сток транзистора 2 подключен к базе выхоДного транзистора .9, а через стоковый резистор 10к плюсовой шине источника питания.

Змиттер транзистора 9 через эмиттерный резистор ll подключен к плюсовой шине источника питания, а через конденсатор 12 — к земле. Коллектор транзистора 9 через коллекторный резистор 13 подключен к земле, а череэ резистор обратной .связи 14 к истоку транзистора 2, подключенному к второму реэистивному делителю, состоящему иэ резисторов 15 и 16.

При этом средняя точка второго резистивного делителя через конденсатор

17 подключена к земле. Выходной сигнал снимается с коллектора транзистора 9.

Предлагаемое устройство работает о следующим обРазом.

При поступлении светового импульса на фотодиод 1 в нем генерируется фототок, который приводит к возрастанию падения напряжения на нагрузочном резисторе 3. Изменение сигна-!

5 ла на резисторе 3, усиливается транзистором 2 и поступает на базу транзистора 9, вследствие этого ток коллектора транзистора 9 увеличивается, в результате чего увеличивается nagp дение напряжения на резисторе 13.

Часть сигнала с коллектора транзистора 9 через резистор обратной связи 14 поступает на исток транзистора

2 и стремитсякомпенсировать изменение тока стока транзистора 2.Сигнал с истока транзистора 2 через конденсатор

8 поступает на катод фотодиода 1.Так как сигнал с истока транзистора 2 находится в противофазе с сигналом на катоде фотодиода 1, то переменная

З составляющая сигнала на фотодиоде уменьшается в 1/(1-Коо) раза, где

К С- коэффициент обратной связи, и зависит от соотношения сопротивлений резисторов 14 и 15. Аналогично уменьЗ5 шается амплитуда и на первом затворе транзистора 2. Из вышеуказанного следует, что эквивалентные входные емкости полевого транзистора Сэ и фотодиода Сд тоже уменьшаются 1/(1-К )

40 раза, что равноценно увеличению пррдельной частоты входного сигнала .без уменьшения чувствительности ус4 тройства в раза. Учитывая что

- (О

45 К может иметь величину 0,8-0,95, получаем увеличение быстродействия предлагаемого устройства в 50-100 раз по сравнению с прототипом, Таким обраэоМ предлагаемое устрой- я ство оптимально реализует воэможности фотодиода при минимальном количестве компонентов.

Формула изобретения

Оптоэлектронное устройство, содержащее фотодиод, анод которого через нагрузочиый резистор подключен к средней точке первого реэистивного

46 делителя, полевой транзистор, исток которого через второй реэистивный делитель соединен с землей, а сток с базой выходного транзистора, и через стоковой и эмиттерный резифЯ сторы с эмиттером выходного транзи853633

+Ел

Составитель Е. Городничев

Техред A. Ач Еорректор М. Пожо

Редактор Л. Утехина

Заказ 5675/25 Тираж 745 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная 4 стора, коллектор которого через коллекторный резистор подключен к земле, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и чувствительности, анод фотодиода подключен к первому затвору полевого транзистора, а катод соединен с вторым затвором полевого транзистора, через резистор с плюсом источника питания, а через конденсатор обратной связи — с истоком полевого транзистора, подключенным через резистор обратной связи к коллектору выходного транзистора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 ° Авторское свидетельство СССР

9 376966, кл. G 01 7 3/42, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

9 563681, кл. G 06 K 7/14, 1976 (прототип) °