CS256146B1 - Photodetector with photodiode capacity compensation - Google Patents
Photodetector with photodiode capacity compensation Download PDFInfo
- Publication number
- CS256146B1 CS256146B1 CS862844A CS284486A CS256146B1 CS 256146 B1 CS256146 B1 CS 256146B1 CS 862844 A CS862844 A CS 862844A CS 284486 A CS284486 A CS 284486A CS 256146 B1 CS256146 B1 CS 256146B1
- Authority
- CS
- Czechoslovakia
- Prior art keywords
- photodetector
- resistor
- photodiode
- operational amplifier
- inverting input
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000003321 amplification Effects 0.000 abstract description 5
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 abstract description 5
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Zapojení řeší zvětšení šířky pásma fotodetektoru při použití velkoplošných , fotodiod s přechodem PN. Fotodetektor sestává z fotodiody, zapojené anodou k neinvertujícímu vstupu a katodou k výstupu operačního zesilovače, dále z prvního rezistoru a kondenzátorů, jejichž paralelní kombinace je připojena mezi neinvertující vstup a zemnicí svorku. Záporná zpětná vazba je tvořena druhým rezistorem, připojeným mezi invertující vstup a zemnicí svorku a třetím rezistorem, připojeným mezi invertující vstup a výstup operačního zesilovače. Vhodnou volbou hodnoty kondenzátorů a nastavením napěfového zesílení operačního zesilovače pomocí změny poměru hodnot třetího rezistoru a druhého rezistoru, lze v přenosové funkci fotodetektoru vykompenzovat frekvenčně závislé členy, a tím zvětšit šířku pásma fotodetektoru. Uvedeného zapojení může být využito při aplikaci fotodetektorů v průmyslových zařízeních, např. v čidlech pro měření neelektrických veličin, pro robotiku, navádění strojů pro zemní práce apod.The wiring solves the increase in the photodetector bandwidth when using large-scale, photodiodes with PN transition. The photodetector consists of a photodiode connected the anode to the non-inverting input and the cathode to the op amp output, then from the first resistors and capacitors whose parallel the combination is attached between noninverting input and ground terminal. Negative backward the binding is formed by a second resistor connected between the inverting input and the ground terminal and a third resistor connected between the inverting ones operational amplifier input and output. Appropriate selection of capacitor value and setting operational amplifier voltage amplification by changing the ratio of the values of the third resistor and a second resistor, may be in the transmission to compensate for the photodetector function dependent members, thereby increasing the bandwidth of the photodetector. Said engagement can be utilized at Application of photodetectors in industrial facilities eg in non-electric sensors quantities, for robotics, machine guidance for earthworks, etc.
Description
Vynález se týká fotodetektoru s kompenzací kapacity fotodiody, umožňující obecně rozšíření frekvenčního rozsahu fotodektoru, zvláště při použití velkoplošných fotodiod.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a photodiode capacitance compensation photodetector, which generally allows the frequency range of the photodector to be expanded, particularly when using large-area photodiodes.
Jsou známy obvody fotodetektorů využívající fotodiody v různých pracovních režimech: fotodiodovém, fotodiodovém nakrátko, fotovoltaickém a fotovoltaickém naprázdno. Nejčastěji používané jsou prvné dva, ať již z hlediska malé kapacity fotodiody ve zpětném směru nebo vzhledem k lineární závislosti fotoproudu na zářivém toku při režimu nakrátko. Základním omezujícím faktorem z hlediska frekvenčního rozsahu fotodetektoru sestaveného z fotodiody a zesilovač je kapacita fotodiody, která spolu se vstupní kapacitou zesilovače a zatěžovacím odporem tvoří výslednou časovou konstantu fotodetektoru, určující jeho frekvenční vlastnosti.Photodetector circuits using photodiodes in various operating modes are known: photodiode, short-circuit photodiode, photovoltaic and open-circuit photovoltaic. The first two are most commonly used, either in terms of low photodiode capacitance in the reverse direction or due to the linear dependence of the photocurrent on the radiant flux in the short-circuit mode. The basic limiting factor in terms of the frequency range of the photodetector made up of the photodiode and the amplifier is the photodiode capacity, which together with the input capacitance of the amplifier and the load resistor forms the resulting time constant of the photodetector determining its frequency characteristics.
V praxi vznikají požadavky na realizaci fotodetektorů s velkoplošnými' fotodiodami, ať již v lineárním nebo kvadrantovém uspořádání pro řešení různých úloh navádění. Značná kapacita těchto diod omezuje frekvenční oblast jejich využití.In practice, requirements arise for the implementation of photodetectors with large-area photodiodes, whether in linear or quadrant arrangements, for solving various guidance tasks. The considerable capacity of these diodes limits the frequency range of their use.
Účelem vynálezu je vytvořit fotodetektor, umožňující dosáhnout větší šířky pásma pří použití fotodiod běžné konstrukce, např. křemíkových s přechodem PN.It is an object of the present invention to provide a photodetector which allows for greater bandwidth using photodiodes of conventional construction, e.g. PN junction silicon.
Podstata fotodetektoru s kompenzací kapacity fotodiody podle vynálezu obsahující jednu fotodiodu, jeden operační zesilovač, jeden pomocný rezistor a jeden kondenzátor a dva rezistory pro nastavení napěťového zesílení operačního zesilovače, spočívá v tom, že kapacita fotodiody je vykompenzována sumou kapacit připojených na vstup operačního zesilovače, přičemž konstantou pro dosažení rovnosti je napěťové zesílení operačního zesilovače .The principle of a photodiode capacitance compensation photodiode according to the invention comprising one photodiode, one operational amplifier, one auxiliary resistor and one capacitor and two resistors for adjusting the voltage amplification of the operational amplifier is that the photodiode capacity is compensated by the sum of capacitors connected to the operational amplifier input. the constant for achieving equality is the voltage amplification of the operational amplifier.
Stability fotodetektoru je dosaženo volbou hodnoty rezistoru připojeného mezi vstupní svorku operačního zesilovače a zem.Stability of the photodetector is achieved by selecting the value of the resistor connected between the input terminal of the operational amplifier and ground.
Zapojení podle vynálezu umožňuje dosáhnout větší šířky pásma fotodetektoru s velkoplošnou fotodiodou s přechodem PN, než vykazují v praxi běžně používaná zapojení fotodetektorů. Zvětšení šířky pásma je způsobeno vykompenzováním kapacity fotodiody, která se na setrvačnosti fotodiody významně podílí. Další složky, podílející se na setrvačnosti fotodiody zejména difúze nosičů a doba potřebná k vyprázdnění ochuzené vrstvy fotodiody po skončení ozáření, nejsou postihnuty.The circuitry according to the invention makes it possible to achieve a larger bandwidth of a photodetector with a large-area photodiode with a PN junction, than the conventional photodetector connections have in practice. The increase in bandwidth is caused by compensating for the photodiode capacity, which significantly contributes to the inertia of the photodiode. Other components involved in the inertia of the photodiode, in particular the diffusion of the supports and the time required to empty the depleted layer of the photodiode after irradiation, are not affected.
Na připojených výkresech je uvedeno zapojení fotodetektoru, kde na obr. 1 je schéma elektrického zapojení fotodetektoru podle vynálezu a na obr. 2 je schéma zapojení fotodetektoru podle vynálezu s náhradním obvodem fotodiody pro odvození výstupního napětí.In the accompanying drawings, a photodetector connection is shown, wherein Fig. 1 is a wiring diagram of a photodetector according to the invention, and Fig. 2 is a wiring diagram of a photodetector according to the invention with a spare photodiode circuit for deriving an output voltage.
Na obr. 1 je znázorněno schéma zapojení fotodetektoru složeného z fotodiody S., zapojené anodou k neinvertujícímu vstupu 2 a katodou k výstupu 2 operačního zesilovače 10, prvního rezistoru 2 a kondenzátorů 6 v paralelní kombinaci a připojených mezi neinvertující vstup 2 a zemnicí svorku 4. operačního zesilovače 10. Druhý rezistor 2* připojený mezi invertující vstup 2 a zemnicí svorku £ a třetí rezistor připojený mezi invertující vstup 2 a výstup 2 operačního zesilovače 10, tvoří obvod záporné zpětné vazby.FIG. 1 shows a circuit diagram of a photodetector composed of photodiode S, connected by an anode to non-inverting input 2 and cathode to output 2 of operational amplifier 10, first resistor 2 and capacitors 6 in parallel and connected between the non-inverting input 2 and ground terminal 4. The second resistor connected between the inverting input 2 and the ground terminal 6 and the third resistor connected between the inverting input 2 and the output 2 of the operational amplifier 10 form a negative feedback circuit.
V závislosti na dopadajícím zářivém toku prochází fotodiodou fotoelektrický proud, vytvářející úbytek napětí na vstupním odporu operačního zesilovače.10, v paralelní kombinaci s prvním rezistorem 7. Výstupní napětí je odebíráno mezi výstupem 2 a zemnicí svorkou 4. Kapacita fotodiody 2 ίθ kompenzována vstupní kapacitou operačního zesilovače 10 spolu s kapacitou kondenzátorů 6 a to v závislosti na zesílení operačního zesilovače 10, které je možno nastavit zápornou zpětnou vazbou, tvořenou druhým rezistorem 2 a třetím rezistorem 2·Depending on the incident flux, the photoelectric current generating a voltage drop across the input resistor of the operational amplifier 10, in parallel with the first resistor 7, is passed through the photodiode. The output voltage is drawn between output 2 and ground terminal 4. the amplifiers 10 together with the capacitance of the capacitors 6 depending on the amplification of the operational amplifier 10, which can be adjusted by the negative feedback formed by the second resistor 2 and the third resistor 2.
Přitom stabilita celého obvodu je udržována vhodnou volbou hodnoty prvního rezistoru T_.Here, the stability of the whole circuit is maintained by appropriately selecting the value of the first resistor T.
Na obr. 2 je fotodioda _5 nahrazena modelem, sestávajícím ze zdroje proudu 1, vodivosti fotodiody G(j a kapacity fotodiody C^.In Fig. 2, the photodiode 5 is replaced by a model consisting of a current source 1, the conductivity of the photodiode G (j) and the capacitance of the photodiode C1.
Výstupní napětí υθ je dáno vztahem:Output voltage υ θ is given by:
-AI-AI
U - -G -Gd -p/C + Cd/ + ApCd + AGd U - -G -G d -p / C + C d / d + ApC AG + d
Při vhodné volbě napě£ového zesílení A a pomocí kapacity C lze odstranit ze jmenovatele uvedeného výrazu frekvenčně závislé členy:If voltage amplification A is chosen appropriately and capacitance C is used, frequency-dependent terms can be removed from the denominator of the expression:
ApCd - p/C + Cd/ = 0ApC d - p (C + C d ) = 0
CC
A = - + 1 CdA = - + 1 ° C d
Aby byl zesilovač stabilní, musí být zbývající část jmenovatele nenulová:For the amplifier to be stable, the remainder of the denominator must be non-zero:
-G -Gd + AGd / 0-G -G d + AG d / 0
Po dosazení za A z předchozí podmínky vychází požadavek, aby např. G bylo větší než Gd . C/Cd- Pro daný typ fotodiody _5 a operačního zesilovače 10 se dají obě podmínky splnit volbou C, G a A. Přitom se napěťové zesílení A nastaví zpětnou vazbou v invertujícím vstupu poměrem třetího rezistoru £ a druhého rezistoru _8, kdy platí A = RB/RA + 1·After substituting for A, the previous condition requires that G be greater than G d . C / C d - For a given type of photodiode 5 and operational amplifier 10, both conditions can be satisfied by selecting C, G and A. The voltage gain A is adjusted by feedback in the inverting input by the ratio of the third resistor a to the second resistor 88, where A = R B / R A + 1 ·
Při opačné polaritě fotodiody 5 se změní polarita výstupního napětí při stejné funkci ostatních prvků.In the opposite polarity of the photodiode 5, the output voltage polarity changes with the same function of the other elements.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CS862844A CS256146B1 (en) | 1986-04-18 | 1986-04-18 | Photodetector with photodiode capacity compensation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CS862844A CS256146B1 (en) | 1986-04-18 | 1986-04-18 | Photodetector with photodiode capacity compensation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CS284486A1 CS284486A1 (en) | 1987-08-13 |
CS256146B1 true CS256146B1 (en) | 1988-04-15 |
Family
ID=5366723
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CS862844A CS256146B1 (en) | 1986-04-18 | 1986-04-18 | Photodetector with photodiode capacity compensation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CS (1) | CS256146B1 (en) |
-
1986
- 1986-04-18 CS CS862844A patent/CS256146B1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CS284486A1 (en) | 1987-08-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4472874B2 (en) | Detection circuit | |
US4454416A (en) | Photo-electric circuit employing current mirrors | |
GB2096852A (en) | Optical receiver | |
EP0366243A2 (en) | Combined optical power meter and receiver | |
EP3715803B1 (en) | Optical detection circuit | |
JPH08181348A (en) | Photoelectric converter | |
CS256146B1 (en) | Photodetector with photodiode capacity compensation | |
EP0565116A3 (en) | Bias circuit for photodiode | |
US4362998A (en) | FM Detector using a phase shift network and an analog multiplier | |
JPS6020655A (en) | Optical detecting circuit | |
ATE14173T1 (en) | CIRCUIT ARRANGEMENT FOR A DIFFERENTIAL AMPLIFIER WITH PRECISE ACTIVE LOAD. | |
JPS6420418A (en) | Photodetecting device | |
SU1200813A1 (en) | Photodetector device | |
SU1286062A2 (en) | Photodetector device | |
SU1548673A1 (en) | Photodetector | |
US4864120A (en) | Electronic correction of photodiode radiant sensitivity | |
JPH01123122A (en) | Light measuring circuit in which bias is automatically varied | |
SU836761A1 (en) | Transistorized amplifier | |
JPH0129333B2 (en) | ||
JP3439622B2 (en) | Light receiving circuit | |
US3544815A (en) | Electric current converting circuit | |
SU780228A1 (en) | Video signal gamma-corrector | |
US8263927B2 (en) | Circuit and method for temperature and process independent transimpedance amplifier arrangement | |
JPS58222631A (en) | Semiconductor photodetector | |
CN87103662A (en) | Photoelectric reading amplifier |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
IF00 | In force as of 2000-06-30 in czech republic | ||
MK4A | Patent expired |
Effective date: 20010418 |