DE2521091A1 - Verfahren zum steuern der verstaerkung in einer avalanche-diode - Google Patents
Verfahren zum steuern der verstaerkung in einer avalanche-diodeInfo
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Description
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AGA_Aktiebolag_i_S;:l 81_ 8 l_Lidingö_( Schweden)
Verfahren zum Steuern der Verstärkung in einer
Avalanche-Diode
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern der Verstärkung in einer als Strahlungsdetektor eingesetzten
Avalanche-Diode, deren in Abhängigkeit von einer einfallenden
Strahlung erzeugte elektrische Ausgangssignale einer Auswerteschaltung
zugeführt werden.
In der nachstehenden Beschreibung wird zur Bezeichnung von als Strahlungsdetektoren dienenden Avalanche-Dioden der Ausdruck
"Foto-Avalanche-Diode" verwendet, was aber nicht bedeuten soll, daß damit nur Dioden gemeint sind, die zur Strahlungserkennung
innerhalb des sichtbaren Spektralbereichs dienen. Die Verwendung von Foto-Avalanche-Dioden hat den Nachteil, daß die
Verstärkung der Diode bei konstanter Spannung in hohem Maße temperaturabhängig ist. Dies kann auch bedeuten, daß der Multiplikationsfaktor
für die Avalanche-Diode in Abhängigkeit von der Temperatur variiert. Dieses Problem ist bisher mit Hilfe einer
Temperaturkompensation mittels einer Zenerdiode gelöst worden, die im gleichen Gehäuse wie die Avalanche-Diode untergebracht
wird und im wesentlichen die gleiche Temperatur aufweist wie diese. Solche Foto-Avalanche-Dioden mit eingebauter Zenerdiode
sind im Handel erhältlich, als ein Beispiel dafür kann der Baustein TIXL 70 angeführt werden, der von der Firma Texas Instru-
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ments vertrieben wird und sowohl innerhalb des sichtbaren als
auch des infraroten £pektralbereichs arbeitet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und flexiblere Lösung für das oben genannte Problem anzugeben, bei
der es nicht der Verwendung spezieller Dioden mit eingebautem Bezugselement bedarf.
Die gestellte Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindurigsgemäß dadurch gelöst, daß von
der Avalanche-Diode ein zusätzliches Steuersignal abgenommen wird, dessen Frequenz von den in der Auswerteschaltung verwendeten
Frequenzen abweicht, daß dieses Steuersignal anschließend in seiner Amplitude mit einem oder mehreren aufeinanderfolgenden
Werten verglichen wird und daß die Speisespannung für die Avalanche-Diode zur Steuerung der D'iodenv er Stärkung in Abhängigkeit
von diesem Vergleich variiert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren bedeutet, daß die Verstärkung in der Foto-Avalanche-Diode kontinuierlich mit Hilfe eines Steuersignals
gesteuert wird, das von der Diode mit einer Frequenz erzeugt wird, die von den Frequenzen des von der Diode abgegebenen
Informationssignals abweicht, wobei dieses Signal einer Art von
Auswerteschaltung zugeführt wird.
Bei einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die Diode nicht nur mit der von ihr als Strahlungsdetektor festzustellenden und dann weiter auszuwertenden Strahlung,
sondern auch mit einer speziellen Strahlung für die Erzeugung des Steuersignals gespeist. Bei einer anderen Ausführungsform wird das Steuersignal aus dem Diodenrauschen erzeugt.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für eine Anwendung
bei Foto-Avalanche-Dioden in verschiedenen Arten von Geräten wie beispielsweise elektrooptischen Entfernungsmessern oder in Informationsempfängern,
die üblicherweise primär im Bereich des
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infraroten, ultravioletten oder sichtbaren Spektralbereichs arbeiten.
In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht;
es zeigen:
Fig. 1 eine Anordnung mit einem Sender und einem Empfänger für die Übertragung von Information mit Hilfe von
Laserstrahlung, wobei das Steuersignal mit Hilfe einer bestimmten Art von einfallender Strahlung für
den Detektor erzeugt wird, und
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Steuersignal
aus dem Diodenrauschen erzeugt wird und die Diode in einen elektrooptischen Entfernungsmesser eingefügt
ist.
Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung mit einem Sender und einem Empfänger zur Informationsübertragung enthält im Sender
eine Baustufe 1, von der für das folgende nur von Bedeutung ist, daß sie ein Modulationssignal an einen als der eigentliche Sender
anzusehenden Laser 2 abgibt, so daß dieser einen modulierten Laserstrahl 3 aussendet.
Der Empfänger der in Fig. 1 dargestellten Anordnung enthält eine Empfängerstufe 4 mit einem Detektor in Form einer Foto-Avalanche-Diode,
und diese Foto-Avalanche-Diode wird aus einer Speisespannungsquelle 5 mit einer Speisespannung versorgt.
Die vom Sender abgestrahlte Information wird vom Strahlungsdetektor
in der Empfangerstufe U in elektrische Signale umgewandelt
und über einen Verstärker 6 einer Auswerteschaltung 7 zugeführt. Diese Auswerteschaltung 7 setzt die ihr zugeführten
Signal-e in eine akustische oder visuelle Information um und kann
sie in dieser Form an einen weiteren Sender zu weiterer Übertragung abgeben.
Bei einem solchen Empfänger ist es erwünscht, die Verstärkung des Detektors so weitgehend wie möglich konstant zu halten. Die
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Steuerung der Verstärkung oder des Multiplikationsfaktors für
die Foto-Avalanche-Diode wird durch eine Variation der dieser zugeführten Speisespannung erhalten.
Die Speisespannungsquelle 5, die diese Speisespannung für die
Diode erzeugt, wird bei dem dargestellten Beispiel durch einen Steuersignalgenerator 8 erzeugt, der vorzugsweise ein Laser oder
eine Leuchtdiode ist, der bzw. die Strahlung mit einer Wellenlänge abstrahlt, die innerhalb des Empfindlichkeitsbereichs der
Foto-Avalanche-Diode in der Empfängerstufe 4 liegt. Die vom
Steuersignalgenerator 8 erzeugte Strahlung wird dem Strahlungsdetektor in der Empfängerstufe 4 über einen Lichtleiter 9 zugeführt.
VJie bereits oben erwähnt, wird das Ausgangs signal des Strahlungsdetektors in einem Verstärker 11 verstärkt und anschließend
einem Bandpaßfilter 12 zugeführt. Dieses Bandpaßfilter
12 ist auf die Frequenz des Steuersignalgenerators 8 eingestellt und läßt dementsprechend nur diese Frequenz passieren. Die Auswerte
schaltung 7 wiederum kann eine Detektoranordnung enthalten,
die es ermöglicht, die Frequenz des Steuersignals wegzufiltern.
Das Steuersignal aus dem Steuersignalgenerator 8 soll eine Amplitude besitzen, die einen konstanten und bekannten Wert aufweist.
Im Anschluß an das Bandpaßfilter 12 wird das Steuersignal einem Komparator 13 zugeführt, in dem die im Verstärker 11 verstärkte
Amplitude des vom Strahlungsdetektor in der Empfängerstufe aufgefangenen Signals mit einem bestimmten vorgegebenen Wert
verglichen wird. Dieser vorgegebene Wert für den Amplitudenvergleich im Komparator 13 kann an einem Spannungsteiler 14 abgegriffen
werden.
Der variablen Speisespannungsquelle 5 wird vom Komparator 13 ein von dem darin durchgeführten Vergleich abhängiges Steuersignal
zugeführt. Damit variiert die der Foto-Avalanche-Diode in der Empfängerstufe 4 zugeführte Speisespannung in der Weise,
daß die Verstärkung dieser Diode im wesentlichen konstant gehalten wird.
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Das Steuersignal i aus der Foto-Avalanche-Diode läßt sich durch
nachstehenden Ausdruck wiedergeben:
iB = Ic1 · p8 - M
wobei ρ für den Effekt der einfallenden Strahlung in Relation s
zum Steuersignal, M für den Multiplikationsfaktor der Foto-Avalanche-Diode
und k1 für eine Konstante stehen. Das gesamte
System wird dann so gesteuert, daß das Steuersignal i auf einem konstanten Wert gehalten wird, der seinerseits durch den am Spannungsteiler
14 voreingestellten Wert bestimmt wird. Wie bereits oben erwähnt, wird gleichzeitig die Amplitude der einfallenden
Strahlung ρ konstant gehalten, und damit ergibt sich auch für den Multiplikationsfaktor M ein konstanter Wert, wie sich aus
der nachstehenden Umformung der oben angegebenen Beziehung ersehen
läßt:
1S 1
M = -i— · — = konstant.
M = -i— · — = konstant.
kl Ps
Die Darstellung in Fig. 2 veranschaulicht eine Anordnung für die Durchführung des oben angegebenen Steuerungsverfahrens im Rahmen
eines optoelektrischen Entfernungsmessers. Dieser Entfernungsmesser
enthält einen Sender 21, der zum einen eine Strahlungsquelle wie beispielsweise einen Laser, eine Quecksilberdampflampe
oder einen Lichtleiter für infrarotes oder sichtbares Licht und zum anderen einen Modulator zur Modulation des abgestrahlten
Lichts aufweisen soll. Das vom Sender 21 abgestrahlte Signal besteht also aus modulierten elektromagnetischen Wellen. Nach
seiner Reflexion an einem am fernen Ends der Meßstrecke aufgestellten Rechteckprisma 2 3 wird dieses Signal 22 zu einem ebenfalls
einen Teil des Entfernungsmessers bildenden Empfänger 2 4
umgelenkt. Dieser Empfänger 24 enthält einen Strahlungsdetektor
in Form einer Avalanche-Diode, der die einfallende Strahlung in ein elektrisches Signal umsetzt. Dazu wird dieser Strahlungsdetektor
aus einer Speisespannungsquelle 2 5 mit Speisespannung versorgt. Das Modulationssignal aus dem Sender 21 wird dem
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Empfänger 24 zur Modulation seines Strahlungsdetektors über eine eigene Leitung unmittelbar zugeführt.
Das vom Strahlungsdetektor im Empfänger 2 4 auf diese Weise erzeugte Signal wird über einen Verstärker 2 6 einer zum Entfernungsmesser
gehörenden Auswerteschaltung 27 zugeführt, die außerdem mit dem vom Sender 21 abgegebenen Modulationssignal
gespeist wird. Die Auswerteschaltung 2 7 kann in sehr" verschiedener Weise aufgebaut werden, ein brauchbares Beispiel für eine
solche Schaltung findet sich etwa in der US-PS 3 488 585, eine nähere Beschreibung dieser Auswerteschaltung 2 7 ist für das
folgende jedoch nicht erforderlich, da diese Schaltung für das Verständnis der Erfindung ohne Bedeutung ist.
Im Anschluß an den Verstärker 2 6 wird das Steuersignal mit Hilfe eines Filters 2 8 aus dem verbleibenden Signal herausgefiltert
und sodann einem Komparator 2 9 zugeführt, in dem die
Amplitude dieses Signals mit einem vorgegebenen Wert verglichen wird, der von einem Bezugssignalgenerator 30 abgenommen wird,
der beispielsweise ebenso wie in Fig. 1 als Spannungsteiler ausgebildet sein kann. In dem sich aus diesem Amplitudenvergleich
im Komparator 2 9 ergebenden Signal wird die Speisespannungsquelle 2 5 angesteuert und gibt in Abhängigkeit von diesem Vergleichssignal eine solche Speisespannung an die Foto-Avalanche-Diode
im Empfänger 24 ab, daß Variationen von deren Verstärkung beispielsweise in Abhängigkeit von der Temperatur eliminiert werden.
In der Anordnung von Fig. 2 wird der Foto-Avalanche-Diode im Empfänger 24 nicht wie bei der Anordnung nach Fig. 1 ein
Steuersignal in Form einer Strahlung zugeführt, sondern stattdessen
wird das Rauschen der Foto-Avalanche-Diode zur Gewinnung des Steuersignals ausgenutzt. Das Filter 28 filtert daher ein
bestimmtes Frequenzband aus dem Diodenrauschen heraus. Dieses herausgefilterte Frequenzband muß natürlich auch in diesem Falle
außerhalb der in der Auswerteschaltung 27 verwendeten Frequenzbänder liegen, wie sie vom Sender 21 erzeugt werden.
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Die Amplitude des Diodenrauschens variiert mit der Verstärkung der Diode, und das Steuersignal nach dem Filter 2 8 läßt sich daher
schreiben:
•i - V · M + V
lb - X2 M + X3
lb - X2 M + X3
wobei k2, k3 und d Konstante und M der Multiplikationsfaktor der
Avalanche-Diode sind.
Das gesamte System wird so gesteuert, daß das Steuersignal i, einen konstanten Wert aufweist, so daß also gilt:
• 2 ,
Md = _£_ i = konstant.
Für manche Anwendungsfälle kann es sein, daß die Verstärkung
des Strahlungsdetektors nicht einen konstanten Wert annehmen soll, sondern stattdessen zeitlich nach einem vorgegebenen Programm
variieren soll. Auch diese Möglichkeit ist bei dem oben beschriebenen Steuerungsverfahren dann gegeben, wenn der Bezugssignalgenerator,
der die Vergleichsspannung für den Amplitudenvergleich mit dem Steuersignal liefert, eine Spannung abgibt, die in Entsprechung
zu der gewünschten Frequenzänderung variiert.
Wie bereits oben erwähnt, muß die Frequenz des Steuersignals innerhalb des Empfindlichkeitsbereichs des Strahlungsdetektors
oder innerhalb des Bereiches von dessen Rauschen liegen. Dazu kann noch angemerkt werden, daß dann, wenn die empfangene Strahlung,
die Information über die Entfernung beispielsweise in einem elektrooptischen Entfernungsmesser enthält, beispielsweise zwei
unterschiedliche aufeinanderfolgende Frequenzen von beispielsweise
150 kHz und 15 MHz aufweist, das Steuersignal mit einer unterhalb, zwischen oder oberhalb dieser Frequenzen liegenden
Frequenz gewählt werden kann. Geeignete Werte für die Frequenz der Steuersignale sind bei dem angegebenen Beispiel 10 kHz oder
5 MHz.
Patentansprüche:
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Claims (3)
- Patentansprüche±J Verfahren zum Steuern der Verstärkung in einer als Strahlungsdetektor eingesetzten Avalanche-Diode, deren in Abhängigkeit von einer einfallenden Strahlung erzeugte elektrische Ausgangssignale einer Auswerteschaltung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß von der Avalanche-Diode ein zusätzliches Steuersignal abgenommen wird, dessen Frequenz von den in der Auswerteschaltung verwendeten Frequenzen abweicht, daß dieses Steuersignal anschließend in seiner Amplitude mit einem oder mehreren aufeinanderfolgenden Werten verglichen wird und daß die Speisespannung für die Avalanche-Diode zur Steuerung der Diodenverstärkung in Abhängigkeit von diesem Vergleich variiert wird..
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal mit Hilfe einer Strahlungsquelle erhalten wird, die eine einfallende Strahlung für die Avalanche-Diode erzeugt, die eine im wesentlichen konstante Amplitude und die gleiche Frequenz wie das Steuersignal aufweist.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal ausgehend vom Diodenrauschen erzeugt wird.509851/0953Leerseite
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE7407389A SE382507B (sv) | 1974-06-05 | 1974-06-05 | Sett att reglera forsterkningen i en stralningsdetekterande lavindiod. |
| SE7407389 | 1974-06-05 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2521091A1 true DE2521091A1 (de) | 1975-12-18 |
| DE2521091B2 DE2521091B2 (de) | 1977-01-27 |
| DE2521091C3 DE2521091C3 (de) | 1977-09-15 |
Family
ID=
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2848179A1 (de) * | 1977-11-18 | 1979-05-23 | Asea Ab | Sichtmessanordnung |
| EP0004815A2 (de) * | 1978-04-11 | 1979-10-17 | Thomson-Csf | Verfahren zum Übertragen elektrischer Signale mittels optischer Verbindung und Vorrichtung zur automatischen Verstärkungsregelung eines an der optischen Verbindung gekuppelten Empfangsweges |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2848179A1 (de) * | 1977-11-18 | 1979-05-23 | Asea Ab | Sichtmessanordnung |
| EP0004815A2 (de) * | 1978-04-11 | 1979-10-17 | Thomson-Csf | Verfahren zum Übertragen elektrischer Signale mittels optischer Verbindung und Vorrichtung zur automatischen Verstärkungsregelung eines an der optischen Verbindung gekuppelten Empfangsweges |
| FR2423093A1 (fr) * | 1978-04-11 | 1979-11-09 | Thomson Csf | Systeme de transmission de signaux electriques a liaison optique et dispositif de controle automatique du gain d'une voie de reception connectee a cette liaison optique |
| EP0004815A3 (en) * | 1978-04-11 | 1979-11-28 | "Thomson-Csf"- Scpi | System for transmitting optically linked electrical signals and device for the automatic gain control of a receiver path connected to this optical linkage |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4015118A (en) | 1977-03-29 |
| SE382507B (sv) | 1976-02-02 |
| CH586466A5 (de) | 1977-03-31 |
| DE2521091B2 (de) | 1977-01-27 |
| DD118967A5 (de) | 1976-03-20 |
| JPS5110984A (de) | 1976-01-28 |
| JPS6213612B2 (de) | 1987-03-27 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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Owner name: PHAROS AB, 18181 LIDINGOE, SE |
|
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Owner name: GEOTRONICS AB, DANDERYD, SE |