NL9100476A - Electrische voedingsschakeling, in het bijzonder voor apds. - Google Patents

Description

Electrische voedingsschakeling, in het bijzonder voor APDs.

A. ACHTERGROND VAN DE UITVINDING

1. Gebied van de uitvinding

De uitvinding heeft betrekking op een electrische voedingsschakeling, in het bijzonder voor het voeden van een 'Avalanche Photo Diode' (APD), echter ook meer in het algemeen toepasbaar.

2. Stand van de techniek 'Avalanche Photo Diodes' (APDs) zijn diodes die met name in de optische signaaltransmissietechniek worden gebruikt als electro-optische omzetters. Dit soort diodes geven alleen een optimale optisch-elec-trische omzetting ('gain') van een optisch ingangssignaal indien de aangelegde diodespanning de doorslagspanning zeer dicht benadert. Een probleem daarbij is dat die doorslagspanning temperatuurafhan-kelijk is, waardoor indien de aangelegde spanning constant zou worden gehouden, enerzijds die spanning de doorslagspanning niet dicht genoeg zou benaderen, waardoor het uitgangssignaal van de diode onvoldoende is, of anderzijds de diode zou doorslaan bij enige -onvermijdelijke - stijging van de (omgevings)temperatuur.

Ter ondervanging van het gestelde probleem zijn voedingsschakelingen voor APDs bekend, waarvan de uit-gangsspanning een bepaalde temperatuursafhankelijkheid vertoont, zo goed mogelijk overeenkomend met de temperatuursafhankelijkheid van de toegepaste APD. Zo is uit de Japanse octrooiaanvrage JP60180347 een dergelijke schakeling bekend. Die schakeling heeft echter het nadeel dat de hoogte van uitgangsspanning en de mate van temperatuurafhankelijkheid niet onafhankelijk van elkaar geregeld kunnen worden, hetgeen overigens geen bezwaar behoeft te zijn indien de schakeling bedoeld is om uitsluitend een bepaald APD-type te voeden; de waarden van de componenten kunnen dan worden ingesteld, rekening houdend met dat APD-type. Overigens kan daarbij geen rekening worden gehouden met exemplaar-variaties binnen eenzelfde APD-type. Ten gevolge daarvan kan de 'gain' van de APD niet worden geoptimaliseerd, hetgeen in de praktijk toch een niet te verwaarlozen verlies betekent.

B. SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

De uitvinding voorziet in een voedingsschakeling die in het bijzonder toepasbaar is voor het voeden van APDs, en die - in tegenstelling tot bekende soortgelijke schakelingen - voorziet in middelen voor het optimaal instellen van zowel het temperatuurs-onaf-harikelijke deel van de voedingsspanning als van het temperatuursafhankelijke deel daarvan, met name de mate van temperatuurafhankelijkheid.

De uitvinding wordt gekenmerkt door een eerste, temperatuurs-onafhankelijke spanningsbron (VS1), waarvan de uitgangsspanning (UI) constant is, en die is aangesloten op de ingang van een eerste spanningsver-sterker (Al) met een regelbare versterkingsfactor (al), en voorts door een tweede, temperatuursafhankelijke spanningsbron (VS2) waarvan de uitgangsspanning (U2) in hoofdzaak gelijk is aan het mathematisch product van een constante (C) en de op een meetpunt gemeten temperatuur (t), en die is aangesloten op de ingang van een tweede spanningsversterker (A2) met een regelbare versterkingsfactor (a2), waarbij de uitgangsspanning van de eerste spanningsversterker en de uitgangsspanning van de tweede spanningsversterker bij elkaar worden opgeteld. Volgens de uitvinding worden dus de temperatuurs-onafhankelijke en de temperatuur-afhankelijke component van de aan een APD aan te leggen voedingsspanning (rustspanning) onafhankelijk van elkaar opgewekt door de tweede genoemde spanningsbronnen en zijn de uitgangsspanningen van deze spanningsbronnen voorts onafhankelijk van elkaar instelbaar door middel van de twee genoemde versterkers; door middel van de eerste versterker wordt de hoogte van de spanning geregeld, door middel van de tweede versterker de spanning/temperatuur-ratio. Deze maatregelen maken het mogeljk dat elke APD uiterst kritisch en daardoor optimaal kan worden ingesteld, zonder dat -bij welke temperatuur ook - of het verschil tussen de voedingsspanning en de doorslagspanning te groot wordt (met een lagere 'gain' als resultaat), of de voedingsspanning de doorslagspanning kan overschrijden (met buiten werking treding van de APD als resultaat).

Een voorkeursuitvoering van de uitvinding wordt erdoor gekenmerkt dat de genoemde tweede, tempera-tuursafhankelijke spanningsbron wordt gevormd door een derde, temperatuurs-onafhankelijke spanningsbron (VS3) met een derde, constante uitgangsspanning (U3), en door een serieschakeling van een stroombron en een temperatuursafhankelijke impedantie (D), waarbij de genoemde derde uitgangsspanning gelijk is aan de door de genoemde stroombron (CS) over de impedantie opgewekte spanning (U4), en daarvan wordt afgetrokken, waarbij de genoemde impedantie bij voorkeur wordt gevormd door een in stroomdoorlaatrichting geschakelde halfgeleider diode.

C. REFERENTIES

JP60180347

D. UITVOERINGSVOORBEELD

De figuur toont een voorkeursuitvoering van de uitvinding.

De in het voorgaande genoemde temperatuurs-onaf-hankelijke spanningsbron VS1 wordt gevormd door een in de handel zijnde component, zoals van het type μΑ723, waarvan de (zeer stabiele) uitgangsspanning ül ca. 7 volt bedraagt. Deze spanningsbron VS1 is aangesloten op een ingangsaansluiting van een regelbare spannings-versterker Al, waarvan de andere ingangsaansluiting met aarde is verbonden. Aan de uitgang kan dus een spanning worden afgenomen gelijk aan al*7 volt, waarbij al de - variabele - versterkingsfactor is.

De in het voorgaande genoemde temperatuurs-afhan-kelijke spanningsbron VS2 wordt gevormd door een tem-peratuurs-onafhankelijke spanningsbron VS3, bijv. eveneens de genoemde component μΑ723 met een vaste spanningsdeler, in combinatie met een temperatuurs-afhankelijke spanningsbron die wordt gevormd door een diode D, opgenomen in een door een stroombron CS gevoed stroomcircuit; deze stroombron wordt op zich weer gevormd door een spanningsbron VS4 en een relatief hoogohmige weerstand R. De vaste spanningsdeler die op de temperatuurs-onafhankelijke spanningsbron VS3 is aangesloten, is zodanig ingesteld dat zijn uitgangsspanning gelijk is aan de spanning over de diode D, bijv. 0.7 volt. De te voeden APD en de diode worden zo geplaatst dat zij aan dezelfde omgevingstemperatuur zijn blootgesteld, bijv. gemonteerd op eenzelfde printplaat; de vaste spanningsdeler wordt dan ook ingesteld bij een temperatuur die gelijk is aan de normale bedrijfstemperatuur waarbij de te voeden APD werkt, normaliter kamertemperatuur. In een aftrekscha-keling wordt de diodespanning afgetrokken van de uitgangsspanning van de spanningsdeler en de resulterende verschilspanning wordt aan een ingang van een versterker A2 aangeboden, waarvan de andere ingang aan aarde ligt. De uitgangsspanning van de spanningsdeler is bijv. 0.7 volt. De spanning over de diode is eveneens 0.7 volt, vermeerderd of verminderd met het mathematisch product van een temperatuursconstante en het verschil tussen de actuele temperatuur en kamertemperatuur; de temperatuursconstante is bijv. 2 millivolt per graad Celsius. De aan de ingang van de versterker A2 aangeboden spanning is hierbij dus gelijk aan (0.7 + 2 mV/grd) - 0.7 = 2 mV/grd. Deze spanning is dus uitsluitend afhankelijk van de temperatuur.

Door de versterker A2 kan deze spanning versterkt worden met een versterkingsfactor a2, zodat de spanning aan de uitgang van de versterker A2 gelijk is aan a2*2mV/grd. In een spanningsopteller '+' worden de uitgangsspanningen van de eerste versterker Al en die van de tweede versterker A2 bij elkaar opgeteld, resulterend in een uitgangsspanning (al*7 + a2*2mV/grd), waarbij al en a2 dus onafhankelijk van elkaar kunnen worden ingesteld.

Claims (3)

1. Electrische voedingsschakeling, gekenmerkt door een eerste, temperatuurs-onafhankelijke spanningsbron (VSl), waarvan de uitgangsspanning (UI) constant is, en die is aangesloten op de ingang van een eerste spanningsversterker (Al) met een regelbare verster-kingsfactor (al), en voorts door een tweede, tempera-tuursafhankelijke spanningsbron (VS2) waarvan de uitgangsspanning (U2) in hoofdzaak gelijk is aan het mathematisch product van een constante (C) en de op een meetpunt gemeten temperatuur (t), en die is aangesloten op de ingang van een tweede spanningsversterker (A2) met een regelbare versterkingsfactor (a2), waarbij de uitgangsspanning van de eerste spanningsversterker en de uitgangsspanning van de tweede spanningsversterker bij elkaar worden opgeteld.

2. Electrische voedingsschakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de genoemde tweede, temperatuurs-afhankelijke spanningsbron wordt gevormd door een derde, temperatuurs-onafhankelijke spanningsbron (VS3) met een derde, constante uitgangsspanning (U3), en door een serieschakeling van een stroombron en een temperatuursafhankelijke impedantie (D), waarbij de genoemde derde uitgangsspanning gelijk is aan de door de genoemde stroombron (CS) over de impedantie opgewekte spanning (U4), en daarvan wordt afgetrokken.

3. Electrische voedingsschakeling volgens conclusie 2, met het kenmerk dat de genoemde impedantie wordt gevormd door een in stroomdoorlaatrichting geschakelde halfgeleiderdiode (D).