RU1790742C - Фотоприемное устройство - Google Patents

Abstract

Использование: изобретение относитс  к быстродействующим измерител м мощности оптического излучени  и может быть и и JL использовано в системах оптической локации . Сущность изобретени : фотоприемное устройство содержит последовательно соединенные лавинный фотодиод 1, регулируемый усилитель 2, фильтр 3 нижних частот, два компаратора 4 и 12, дискриминатор 5 длительности импульса, регулируемый источник 6 питани , блок оценки, два источника 8 и 13 опорного напр жени , высокочастотный генератор 9, блок 10 синхронизации , регулируемый источник 11 напр жени , элемент 2 ИЛИ 14. В качестве дискриминатора длительности импульса используетс  блок, состо щий из счетчика, D- триггера, двух логических элементов НЕ и логических элементов 2И, 2 И-НЕ. 1 ил. Ё

Description

VI

О

р

g

со

Изобретение относитс  к быстродействующим измерител м мощности оптического излучени  и может быть использовано в системах оптической локации.

Известно фотоприемное устройство, содержащее последовательно соединенные лавинный фотодиод, усилитель, полосовой фильтр, компаратор и регулируемый источник питани , выход которого соединен с лавинным фотодиодом, выход усилител  соединен с блоком оценки сигнала, второй вход компаратора соединен с выходом источника опорного напр жени , а также высокочастотный генератор, выход которого соединён с источником оптического излучени , оптически св занного с лавинным фотодиодом . Недостатком устройства  вл етс  узкий динамический диапазон принимаемого сигнала ограниченного с одной стороны шумами входного сопротивлени  усилител , а с другой Стороны максимальным сигналом на входном сопротивлении, при котором сказываютс  нелинейные искажени  сигнала из-за уменьшени  напр жени  на лавинном фотодиоде.

Наиболее близким к изобретению  вл етс  фотоприемное устройство, содержащее последовательно соединенные лавинный фотодиод, усилитель, фильтр нижних Частот, компаратор, дискриминатор длительности импульса и регулируемый источник питани , выход которого соединен с лавинным фотодиодом, причем выход усилител  соединен с блоком оценки сигнала, второй вход компаратора соединен с выходом источника опорного напр жени , второй вход дискриминатора длительности импульба соединен с выходом высокочастотного генератора, а также источник оптического1 излучени , оптически св занный с лавинным фотодиодом, и блок синхронизации , первый выход которого соединен с источником оптического излучени  и блоком оценки сигналов, а второй выход соединен с третьим входом дискриминатора длительности импульса. Недостатком устройства  вл етс  то, что сигнал, поступающий в блок оценки сигнала, в зависимости от мощности принимаемого оптического излучени , имеет различный максимальный уровень. Кроме того, лавинный фотодиод оптическим св зан1с источником оптического излучени , чтб усложн ет оптическую схему фото- приемного устройства.

изобретени   вл етс  упрощение обработки и регистрации сигнала путем стабилизации максимального уровн  сигнала , поступающего в блок оценки сигнала и упрощение оптических св зей в устройстве

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в фотоприемное устройство, содержащее фотодиод, усилитель, фильтр нижних частот , первый компаратор и дискриминатор длительности импульса, а также регулируемый источник питани , первый вход которого соединен с первым выходом дискриминатора длительности импульса, а выход соединен с лавинным фотодиодом,

0 первый источник опорного напр жени , выход которого соединен с вторым входом первого компаратора, блок оценки сигнала, вход которого соединен с выходом усилител , высокочастотный генератор, выход кото5 рого соединен с вторым входом дискриминатора длительности импульса и блок синхронизации,выход которого соединен с третьим входом дискриминатора длительности импульса и синхронизирующим

0 входом блока оценки сигнала, дополнительно введены регулируемый источник напр жени , второй компаратор, второй источник опорного напр жени , элемент 2 ИЛИ, а усилитель выполнен регулируемым, управ5 л ющий вход усилител  соединен с выходом регулируемого источника напр жени , первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами дискриминатора длительности импульса,

0 второй выход дискриминатора длительности импульса соединен с первым входом элемента 2ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом регулируемого источника питани , выход регулируемого источника

5 напр жени  соединен с первым входом второго компаратора, второй вход которого соединен с вторым источником опорного напр жени , а выход соединен с вторым входом элемента 2 ИЛИ.

0 На чертеже приведена блок-схема фотоприемного устройства.

Фотоприемное устройство содержит последовательно соединенные лавинный фотодиод 1, регулируемый усилитель 2,

5 фильтр 3 нижних частот, первый компаратор 4 и дискриминатор 5 длительности импульса , а также регулируемый источник 6 питани , первый вход которого соединен с первым выходом дискриминатора 5 дли0 тельности импульса, а выход соединен с ла- винным фотодиодом 1, блок 7 оценки сигнала, вход которого соединен с выходом регулируемого усилител  2, первый источник 8 опорного напр жени , выход которого

5 соединен с вторым входом первого компаратора 4, высокочастотный генератор 9, выход которого соединён с вторым входом дискриминатора 5 длительности импульса, блок 10 синхронизации, выход которого соединен с третьим входом дискриминатора 5

длительности импульса и синхронизирующим входом блока 7 оценки сигнала, регулируемый источник 11 напр жени , первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами дискриминатора 5 длительности импульса, а выход соединен с управл ющим входом регулируемого усилител  2 и первым входом второго компаратора 12, второй вход которого соединен с вторым источником 13 опорного напр жени , а выход соединен с вторым входом элемента 2ИЛИ 14, первый вход элемента 2ИЛИ 14 соединен с вторым выходом дискриминатора 5 длительности импульса, а выход соединен с вторым входом регулируемого источника 6 питани .

В качестве дискриминатора длительности импульса используетс  блок, состо щий из счетчика, D-триггера, двух логических элементов НЕ и логических элементов 2И, 2И-НЕ, причем первый вход разрешени  счета счетчика  вл етс  первым входом дискриминатора длительности импульса, счетный вход счетчика  вл етс  вторым входом дискриминатора длительности импульса, синхронизирующий вход D-триггера соединен с входом первого элемента НЕ и первыми входами элементов 2И, 2И-НЕ и  вл етс  третьим входом дискриминатора длительности импульса; выход элемента 2И  вл етс  первым выходом дискриминатора длительности импульса, выход элемента 2И-НЕ  вл етс  вторым выходом дискриминатора длительности импульса, выход счетчика соединен с D-входом D-триггера и входом второго элемента НЕ, выход которого соединен с вторым входом разрешени  счета счетчика, пр мой выход D-триггера соединен с вторым входом элемента 2И, инверсный выход D-триггера соединен с вторым входом элемента 2И-НЕ, а выход первого элемента НЕ соединен с входом сброса счетчика.

Двухвходовый регулируемый источник питани  состоит из двух усилителей по схеме с общим эмиттером, выходы которых через обратно и пр мо включенные диоды соединены с интегрирующей RC-цепочкой, напр жение с которой через истоковый повторитель на полевом транзисторе, с соответствующей вольтодобавкой, формируемой стабилитроном, подаетс  на лавинный фотодиод . Двухвходовый регулируемый источник напр жени  состоит из пр мо и обратно включенных диодов, соединенных с интегрирующей RC-цепочкой, напр жение с которой через истоковый повторитель на полевом транзисторе, с соответствующей вольтодобавкой, формируемой стабилитроном , подаетс  на управл ющий вход регулируемого усилител . Регулируемый усилитель может быть выполнен на регулируемых аттенюаторах.

Фотоприемное устройство работает

следующим образом.

При использовании в системах оптической локации устройство принимает периодически повтор ющиес  сигналы, при этом цикл приема разделен на два интервала: Ti

- прием оптического излучени , Та - подстройка коэффициента умножени  лавинного фотодиода 1 и коэффициента усилени  регулируемого усилител  2. Синхронизаци  цикла приема осуществл етс  блоком 10

синхронизации, на выходе которого в интервале Тч вырабатываетс  логический 0, а в интервале Т2 - логическа  1. Принимаемое оптическое излучение преобразуетс  лавинным фотодиодом 1 в ток, амплитуда которого пропорциональна коэффициенту умножени  лавинного фотодиода 1. На входном сопротивлении регулируемого усилител  2 ток преобразуетс  в переменное напр жение, которое усиливаетс  регулируемым усилителем 2, и поступает через фильтр 3 нижних частот на первый компаратор 4. Сигнал на первом входе первого компаратора 4 равен Ui PcS0MRBXKy,

где PC - мощность принимаемого оптического излучени ,

So - спектральна  чувствительность лавинного фотодиода без умножени ,

М - коэффициент умножени  лавинного

фотодиода,

RBX- входное сопротивление усилител , Ку - коэффициент усилени  по напр жению .

Сигнал на выходе первого компаратора

4 равен логической 1, если 1Н больше опорного напр жени  Uoni с первого источника 8 опорного напр жени . При длительности логической 1 на выходе первого компаратора 4 п счетчик дискриминатора 5 длительности импульса досчитывает до заданного числа N, и на его выходе формирует сигнал логической 1, при этом счетчик останавливаетс . Число N выбираетс  из соотношени  N nfi,

где fi - частота высокочастотного генератора 9. При отсутствии сигнала логической 1 на выходе первого компаратора 4 на выходе счетчика дискриминатора 5 длительности импульса сохран етс  состо ние логического О. При приходе н  третий вход дискриминатора 5 длительности импульса импульса логической 1, длительностью Т2, по его переднему фронту логическое состо ние с выхода счетчика записываетс  в Dтриггер , а сам счетчик обнул етс . Таким образом, при длительности логической 1 на выходе компаратора 4, превышающей Л на выходах дискриминатора 5 длительности импульса во врем  Т2 формируютс  ло- гическиё состо ни  11, при длительности логической 1 на выходе первого компаратора 4 меньше л на выходе дискриминатора длительности импульса 5 формируютс  логические состо ни  00. Во врем  интерва- ла Ti на выходе дискриминатора 5 длительности импульса формируютс  логические состо ни  01, которые не привод т к изменению в течение Ti коэффициента лавинного умножени  фотодиода 1 и коэф- фициента усилени  регулируемого усилител  2. При логическом состо нии 11 на входах регулируемого источника 11 напр жени  напр жение на RC-цепочке и на выходе регулируемого источника 11 напр жени  увеличиваетс , а коэффициент усилений регулируемого усилител  2 уменьшаетс , При логическом состо нии 00 на входах регулируемого источника 11 напр жени  напр жение на его выходе уменыиа- етс , ; а коэффициент усилени  регулируемого усилител  2 увеличиваетс . При напр жении на выходе регулируемого источника 11 напр жени  меньше Uon2 напр жени  второго источника 13 опорного напр жени , коэффициент усилени  регулируемого усилител  2 поддерживаетс  при максимальном значении, на выходе второго компаратора 12 формируетс  логической О, и сигнал с выходов дискриминатора 5 длительности импульса подаютс  на входы регулируемого источника 6 питани  без изменений . При логическом состо нии 11 на входах регулируемого источника 6 питани  напр жени  на RC-цепочке и на выходе ре- гулируемого источника 6 питани  уменьшаетс , и уменьшаетс  коэффициент умножени  лавинного фотодиода 1. При логическом состо нии 00 на входах регули- руемого| источника 6 питани  напр жение на его выходе увеличиваетс  и увеличиваетс  коэффициент умножени  лавинного фотодиода 1. Увеличение коэффициента умножени  лавинного фотодиода 1 происходит только при максимальном коэффициенте усилени  регулируемого усилител  2. Коэффициент усилени  регулируемого усилител  2 меньше максимального при напр жении регулируемого источника 11 напр жени  1)2 больше напр жени  второго источника опорного напр жени  13 U0n2. При этом на выходе второго компаратора 12 формируетс  логическа  1, на выходе элемента 2ИЛИ 14 формируетс  логическа  1 и при команде с выходов дискриминатора длительности импульса 5 00 на входы регулируемого источника питани  поступает команда 01 - сохранение коэффициента лавинного умножени . Таким образом, при большой мощности принимаемого оптического излучени  лавинный фотодиод 1 поддерживаетс  при минимальном коэффициенте лавинного умножени  и регулируетс  регулируемый усилитель 2, а при малых мощност х сигнала регулируемый усилитель 2 поддерживаетс  при максимальном коэффициенте усилени  и регулируетс  коэффициент лавинного умножени  лавинного фотодиода. Границей между двум  режимами  вл етс  мощность оптического излучени  Ргр:

Рф иоп1/5сМминКвхКумаксПри мощности приним емого оптического излучени  на временном отрезке л в течение интервала Ть равной PC Ргр, лавинный фотодиод 1 подстраиваетс  так, чтобы коэффициент лавинногп умножени  был равен:

М ММИнРгр/Рс.

При любой мощности принимаемого оптического излучени  лавинный фотодиод 1 и регулируемый усилитель 2 подстро тс  таким образом, чтобы на вход блока 7 оценки сигнала поступал сигнал, максимальна  амплитуда которого соответствует напр жению первого источника опорного напр жени  Uoni, а именно, на временном отрезке л в течение интервала TI превышал Uoni, а в остальное врем  был меньше Uoni.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Фот|оприемное устройство, содержащее последовательно соединенные лавинный фотодиод, усилитель, фильтр нижних частот, первый компаратор и дискриминатор длительности импульса, а также регулируемый источник питани , первый вход которого соединен с первым выходом дискриминатора длительности импульса, а выход соединен с лавинным фотодиодом, первый источник опорного напр жени , выход которого соединен с вторым входом первого компаратора, блок оценки сигнала, вход которого соединен с выходом усилител , высокочастотный генератор, выход которого соединен с вторым входом дискриминатора длительности импульса и блок синхронизации , выход которого соединен с третьим входом дискриминатора длительности импульса и синхронизирующим входом блока оценки сигнала, отличающеес  тем, что, с целью упрощени  обработки и регистрации сигнала путем стабилизации максимального уровн  сигнала, поступающего в блок оценки сигнала и упрощени  оптических св зей в устройстве, в него дополнительно введены регулируемый источник напр жени , второй компаратор, второй источник опорного напр жени , элемент 2ИЛИ, а усилитель выполнен регулируемым , управл ющий вход усилител  соединен с выходом регулируемого источника напр жени , первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами дискриминатора длительности импульса, второй выход дискриминатора длительности импульса соединен с первым входом элемента 2ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом регулируемого источника питани , выход регулируемого источника напр жени  соединен с первым входом второго компаратора , второй вход которого соединен с вторым источником опорного напр жени , а выход соединен с вторым входом элемента 2ИЛИ.