RU2193761C1 - Photodetector - Google Patents
Photodetector Download PDFInfo
- Publication number
- RU2193761C1 RU2193761C1 RU2001124060A RU2001124060A RU2193761C1 RU 2193761 C1 RU2193761 C1 RU 2193761C1 RU 2001124060 A RU2001124060 A RU 2001124060A RU 2001124060 A RU2001124060 A RU 2001124060A RU 2193761 C1 RU2193761 C1 RU 2193761C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- photodiode
- input
- differential amplifier
- adjustable resistance
- output
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к фотоприемным устройствам, и может быть использовано, в частности, при измерении температуры нагретых изделий в различных отраслях промышленности. The invention relates to instrumentation, in particular to photodetectors, and can be used, in particular, when measuring the temperature of heated products in various industries.
Известно фотоприемное устройство, содержащее фотодиод и резистор, соединенные параллельно друг с другом и включенные на вход преобразователя, выход которого является выходом устройства (а.с. СССР 1453183, G 01 J 1/42, оп. 23.01.89 г.). Known photodetector containing a photodiode and a resistor connected in parallel with each other and connected to the input of the Converter, the output of which is the output of the device (AS USSR 1453183, G 01
Такое фотоприемное устройство обладает малым динамическим диапазоном по входному сигналу вследствие возможной перегрузки большим по величине сигналом постоянного светового фона и недостаточной линейностью передаточной характеристики. При снижении нелинейности передаточной характеристики путем уменьшения величины сопротивления резистора падает чувствительность устройства. Чувствительность устройства также падает при увеличении постоянной составляющей освещенности и при увеличении температуры окружающей среды, нагреве фотодиода. При увеличении освещенности и температуры фотодиода до определенного максимума чувствительность падает до нуля. Such a photodetector has a small dynamic range for the input signal due to the possible overload by a large constant light background signal and insufficient linearity of the transfer characteristic. With a decrease in the nonlinearity of the transfer characteristic by reducing the value of the resistor resistance, the sensitivity of the device decreases. The sensitivity of the device also decreases with an increase in the constant component of illumination and with an increase in the ambient temperature, heating of the photodiode. When the illumination and temperature of the photodiode increase to a certain maximum, the sensitivity drops to zero.
Наиболее близким (прототипом) к предложенному техническому решению является фотоприемное устройство, содержащее фотодиод, катод которого соединен с первым (инвертирующим), а анод - со вторым (неинвертирующим) входом дифференциального усилителя с отрицательной обратной связью, цепь которой включает резистор и конденсатор, первые выводы каждого из которых электрически соединены в общую точку, второй вывод резистора соединен с выходом дифференциального усилителя, а выход дифференциального усилителя является выходом устройства (патент РФ 2038574, G 01 J 1/44, оп. 27.06.95 г.). Фотоприемное устройство, являющееся электронной схемой, включает источник питания. The closest (prototype) to the proposed technical solution is a photodetector containing a photodiode, the cathode of which is connected to the first (inverting), and the anode - to the second (non-inverting) input of the differential amplifier with negative feedback, the circuit of which includes a resistor and a capacitor, the first conclusions each of which is electrically connected to a common point, the second output of the resistor is connected to the output of the differential amplifier, and the output of the differential amplifier is the output of the device (RF patent 2038574, G 01
Наличие в устройстве-прототипе отрицательной обратной связи позволяет при высоком коэффициенте усиления дифференциального усилителя по переменному току несколько уменьшить нелинейность фотоприемника при повышенных сигналах постоянного фона и несколько расширяет динамический диапазон входного сигнала. Обеспечивается возможность селективного увеличения чувствительности в некоторой полосе частот, определяемой параметрами цепи обратной связи. The presence of negative feedback in the prototype device allows for a high gain of the differential amplifier for alternating current to somewhat reduce the non-linearity of the photodetector with increased constant background signals and somewhat extends the dynamic range of the input signal. It is possible to selectively increase the sensitivity in a certain frequency band, determined by the parameters of the feedback circuit.
Однако недостатками прототипа являются ограничение динамического диапазона по входному сигналу, недостаточная линейность передаточной характеристики при больших величинах входного сигнала, пониженная чувствительность к малым изменениям оптического сигнала при большой величине постоянной составляющей освещенности, например, в условиях яркого искусственного или солнечного освещения (до 75000 люкс). Кроме того, существует нелинейная зависимость чувствительности устройства от температуры окружающей среды (температуры нагрева фотодиода), при этом чувствительность падает по мере увеличения нагрева фотодиода, что требует термостатирования устройства. Также потребляемая устройством-прототипом мощность увеличивается с увеличением фоновой засветки фотодиода, так как компенсация увеличивающегося при этом тока фотодиода происходит с использованием дифференциального усилителя с обратной связью за счет дополнительного потребления тока от источника питания усилителя. However, the disadvantages of the prototype are the limitation of the dynamic range of the input signal, insufficient linearity of the transfer characteristic with large values of the input signal, reduced sensitivity to small changes in the optical signal with a large constant light component, for example, in bright artificial or sunlight (up to 75,000 lux). In addition, there is a nonlinear dependence of the sensitivity of the device on the ambient temperature (heating temperature of the photodiode), while the sensitivity decreases with increasing heating of the photodiode, which requires thermostating of the device. Also, the power consumed by the prototype device increases with increasing background illumination of the photodiode, since the compensation of the increasing current of the photodiode occurs using a differential amplifier with feedback due to the additional current consumption from the power source of the amplifier.
Задачей изобретения является расширение динамического диапазона по входному сигналу и повышение степени линейности передаточной характеристики при больших величинах постоянной составляющей освещенности без снижения чувствительности устройства в широком интервале рабочих температур фотодиода, уменьшение зависимости чувствительности устройства от величины постоянной составляющей освещенности и от температуры окружающей среды, а также снижение потребляемой устройством мощности при повышении фоновой освещенности фотодиода. The objective of the invention is to expand the dynamic range of the input signal and increase the degree of linearity of the transfer characteristic at large values of the constant component of illumination without reducing the sensitivity of the device over a wide range of operating temperatures of the photodiode, reducing the dependence of the sensitivity of the device on the value of the constant component of illumination and the ambient temperature, as well as reducing power consumed by the device while increasing the background illumination of the photodiode.
Для решения поставленной задачи в фотоприемное устройство, содержащее фотодиод, источник питания, дифференциальный усилитель и по крайней мере один элемент отрицательной обратной связи, катод фотодиода соединен с первым входом дифференциального усилителя, а анод - со вторым входом указанного усилителя, выход которого является выходом устройства, введено регулируемое сопротивление, выполняющее функцию элемента отрицательной обратной связи, указанное регулируемое сопротивление включено параллельно фотодиоду, а управляющий вход регулируемого сопротивления соединен с выходом дифференциального усилителя. To solve the problem in a photodetector containing a photodiode, a power source, a differential amplifier and at least one negative feedback element, the cathode of the photodiode is connected to the first input of the differential amplifier, and the anode is connected to the second input of the specified amplifier, the output of which is the output of the device, an adjustable resistance is introduced that acts as a negative feedback element, the specified adjustable resistance is connected in parallel with the photodiode, and the control input is the resistance being connected to the output of the differential amplifier.
Кроме того, фотоприемное устройство отличается тем, что в него введен источник напряжения, через который осуществлено соединение анода фотодиода со вторым входом дифференциального усилителя. In addition, the photodetector is characterized in that a voltage source is introduced into it, through which the anode of the photodiode is connected to the second input of the differential amplifier.
Также фотоприемное устройство отличается тем, что в качестве регулируемого сопротивления использован полевой транзистор, затвор которого является управляющим входом регулируемого сопротивления, соединенным с выходом дифференциального усилителя, сток полевого транзистора соединен с анодом фотодиода, исток полевого транзистора соединен с катодом фотодиода, источник напряжения включен плюсом к аноду фотодиода, а минусом - ко второму входу дифференциального усилителя. Also, the photodetector is characterized in that a field-effect transistor is used as an adjustable resistance, the gate of which is a control input of a variable resistance connected to the output of the differential amplifier, the drain of the field-effect transistor is connected to the anode of the photodiode, the source of the field-effect transistor is connected to the cathode of the photodiode, the voltage source is connected to the anode of the photodiode, and minus to the second input of the differential amplifier.
Еще фотоприемное устройство отличается тем, что в качестве регулируемого сопротивления использован биполярный транзистор типа n-p-n, база которого является управляющим входом регулируемого сопротивления, соединенным с выходом дифференциального усилителя, коллектор этого биполярного транзистора соединен с анодом фотодиода, эмиттер биполярного транзистора соединен с катодом фотодиода, источник напряжения включен плюсом к аноду фотодиода, а минусом - ко второму входу дифференциального усилителя. Another photodetector is characterized in that an npn type bipolar transistor is used as an adjustable resistance, the base of which is a controlled resistance input connected to the differential amplifier output, the collector of this bipolar transistor is connected to the anode of the photodiode, the emitter of the bipolar transistor is connected to the cathode of the photodiode, and the voltage source it is turned on plus to the anode of the photodiode, and minus to the second input of the differential amplifier.
Фотоприемное устройство отличается также тем, что в качестве регулируемого сопротивления использован биполярный транзистор типа p-n-p, база которого является управляющим входом регулируемого сопротивления, соединенным с выходом дифференциального усилителя, эмиттер этого биполярного транзистора соединен с анодом фотодиода, коллектор биполярного транзистора соединен с катодом фотодиода, источник напряжения включен плюсом к аноду фотодиода, а минусом - ко второму входу дифференциального усилителя. The photodetector also differs in that a pnp type bipolar transistor is used as an adjustable resistance, the base of which is a controlled resistance input connected to the output of a differential amplifier, the emitter of this bipolar transistor is connected to the anode of the photodiode, the collector of the bipolar transistor is connected to the cathode of the photodiode, and the voltage source it is turned on plus to the anode of the photodiode, and minus to the second input of the differential amplifier.
Фотоприемное устройство отличается еще тем, что в него введен первый резистор, включенный между катодом фотодиода и минусом источника питания. The photodetector also differs in that a first resistor is inserted in it, which is connected between the cathode of the photodiode and the minus of the power source.
Фотоприемное устройство отличается и тем, что в него введен второй резистор, через который осуществлено соединение управляющего входа регулируемого сопротивления с выходом дифференциального усилителя. The photodetector also differs in that a second resistor is inserted into it, through which the control input of the adjustable resistance is connected to the output of the differential amplifier.
Фотоприемное устройство отличается, кроме того, тем, что в него введены конденсатор и второй резистор, соединение управляющего входа регулируемого сопротивления с выходом дифференциального усилителя осуществлено через указанный второй резистор, а конденсатор включен между первым входом дифференциального усилителя и точкой соединения второго резистора с управляющим входом регулируемого сопротивления. The photodetector also differs in that a capacitor and a second resistor are introduced into it, the control input of the adjustable resistance is connected to the output of the differential amplifier through the specified second resistor, and the capacitor is connected between the first input of the differential amplifier and the connection point of the second resistor with the control input of the adjustable resistance.
Фотоприемное устройство дополнительно отличается тем, что в него введен аналого-цифровой преобразователь, в качестве регулируемого сопротивления использован цифровой потенциометр, выходные контакты которого включены параллельно фотодиоду, вход цифрового потенциометра является управляющим входом регулируемого сопротивления, а соединение управляющего входа регулируемого сопротивления с выходом дифференциального усилителя осуществлено через аналого-цифровой преобразователь. The photodetector is additionally characterized in that an analog-to-digital converter is inserted into it, a digital potentiometer is used as an adjustable resistance, the output contacts of which are connected parallel to the photodiode, the digital potentiometer input is a control input of the adjustable resistance, and the control input of the adjustable resistance is connected to the output of the differential amplifier through an analog-to-digital converter.
Наконец, фотоприемное устройство отличается тем, что в него введен аналого-цифровой преобразователь, в качестве регулируемого сопротивления использован цифровой потенциометр, выходные контакты которого включены параллельно фотодиоду, вход цифрового потенциометра является управляющим входом регулируемого сопротивления, соединение управляющего входа регулируемого сопротивления с выходом дифференциального усилителя осуществлено через аналого-цифровой преобразователь, а источник напряжения включен к аноду фотодиода минусом или плюсом, а ко второму входу дифференциального усилителя, соответственно, плюсом или минусом. Finally, the photodetector differs in that an analog-to-digital converter is introduced into it, a digital potentiometer is used as an adjustable resistance, the output contacts of which are connected in parallel with the photodiode, the digital potentiometer input is a control input of the adjustable resistance, the control input of the adjustable resistance is connected to the output of the differential amplifier through an analog-to-digital converter, and the voltage source is connected to the anode of the photodiode minus or pl catfish, and to a second input of the differential amplifier, respectively, plus or minus.
Введение в известное фотоприемное устройство регулируемого сопротивления и включение его вышеуказанным образом в качестве элемента отрицательной обратной связи так, что обеспечивается управляемое выходным сигналом дифференциального усилителя шунтирование фотодиода указанным сопротивлением, позволяет получить новый технический результат - поддержание постоянства концентрации носителей зарядов (носителей тока) в полупроводниковом материале фотодиода при изменениях величины входного светового сигнала фотодиода и температуры нагрева-охлаждения фотодиода. The introduction into the known photodetector of adjustable resistance and its inclusion in the above manner as an element of negative feedback so that a bypass of the photodiode by the specified resistance, controlled by the output of the differential amplifier, provides a new technical result - maintaining a constant concentration of charge carriers (current carriers) in the semiconductor material photodiode when changing the value of the input light signal of the photodiode and the temperature eva-cooling photodiode.
Это обеспечивает стабильность величины чувствительности устройства в заданном диапазоне частот входного светового сигнала при изменениях постоянной составляющей светового сигнала и температуры окружающей среды и снижает величину нелинейности передаточной характеристики устройства, увеличивает динамический диапазон по входному световому сигналу. Снижается потребляемая устройством от источника питания мощность за счет того, что увеличивающийся при росте величины светового сигнала ток фотодиода отводится в шунтирующее фотодиод регулируемое сопротивление, величина которого соответственно уменьшается. This ensures the stability of the sensitivity of the device in a given frequency range of the input light signal with changes in the constant component of the light signal and the ambient temperature and reduces the non-linearity of the transfer characteristic of the device, increases the dynamic range for the input light signal. The power consumed by the device from the power supply is reduced due to the fact that the photodiode current increasing with increasing light signal is diverted to an adjustable resistance shunting photodiode, the value of which decreases accordingly.
Использование в фотоприемном устройстве в качестве регулируемого сопротивления полевого транзистора обеспечивает наилучшее согласование режимов работы фотодиода и транзистора с фотодиодами разных типов и последовательно соединенными матрицами (наборами) фотодиодов. The use of a field-effect transistor in the photodetector as an adjustable resistance ensures the best coordination of the operating modes of the photodiode and transistor with different types of photodiodes and series-connected arrays (sets) of photodiodes.
Использование в качестве низкоомного регулируемого сопротивления биполярного транзистора типов n-p-n или p-n-p оптимально для определенных типов фотодиодов. The use of n-p-n or p-n-p types as a low-resistance adjustable resistance of a bipolar transistor is optimal for certain types of photodiodes.
Введение в фотоприемное устройство первого резистора, включенного между катодом фотодиода и минусом источника питания, обеспечивает стабильное установление нормального режима работы фотоприемного устройства при его включении в условиях отсутствия светового сигнала на фотодиоде. The introduction into the photodetector of the first resistor connected between the cathode of the photodiode and the minus of the power source ensures stable establishment of the normal mode of operation of the photodetector when it is turned on in the absence of a light signal on the photodiode.
Введение в фотоприемное устройство второго резистора, через который осуществлено соединение управляющего входа регулируемого сопротивления с выходом дифференциального усилителя, обеспечивает возможность подстройки режимов работы транзисторов разных типов, используемых в качестве регулируемого сопротивления. The introduction of a second resistor into the photodetector, through which the control input of the adjustable resistance is connected to the output of the differential amplifier, makes it possible to adjust the operating modes of different types of transistors used as adjustable resistance.
Введение в фотоприемное устройство конденсатора и второго резистора, через который осуществлено соединение управляющего входа регулируемого сопротивления с выходом дифференциального усилителя, с одновременным включением конденсатора между первым входом дифференциального усилителя и точкой соединения второго резистора с управляющим входом регулируемого сопротивления, обеспечивает стабильность характеристик устройства и требуемое соотношения сигнал/шум в выбранной полосе частот переменного полезного сигнала, определяемой величинами второго резистора и конденсатора. The introduction of a capacitor and a second resistor through the photodetector through which the control input of the adjustable resistance is connected to the output of the differential amplifier, while the capacitor is connected between the first input of the differential amplifier and the connection point of the second resistor with the control input of the adjustable resistance, ensures the stability of the device characteristics and the required signal ratio / noise in the selected frequency band of the variable useful signal, determined by inami of the second resistor and capacitor.
Введение в фотоприемное устройство аналого-цифрового преобразователя и использование в качестве регулируемого сопротивления цифрового потенциометра, выходные контакты которого включены параллельно фотодиоду, причем вход цифрового потенциометра является управляющим входом регулируемого сопротивления, а соединение управляющего входа регулируемого сопротивления с выходом дифференциального усилителя осуществлено через аналого-цифровой преобразователь, оптимально для определенных условий работы фотоприемного устройства, в частности позволяет обеспечить цифровой выход устройства. The introduction of an analog-to-digital converter into the photodetector and the use of a digital potentiometer as an adjustable resistance, the output contacts of which are connected in parallel with the photodiode, the digital potentiometer input being the adjustable resistance control input, and the adjustable resistance control input being connected to the output of the differential amplifier through an analog-to-digital converter , optimal for certain operating conditions of the photodetector, in particular STI allows you to provide a digital output device.
Использование цифрового потенциометра в качестве регулируемого сопротивления обеспечивает возможность включения источника напряжения разнополярно по отношению к фотодиоду, в частности минусом к аноду фотодиода, а плюсом - ко второму входу дифференциального усилителя. Это позволяет работать с фотодиодом, закрытым обратным (отрицательным) напряжением, действующим на его аноде, что повышает чувствительность фотоприемного устройства. Using a digital potentiometer as an adjustable resistance makes it possible to turn on the voltage source in different polarity with respect to the photodiode, in particular minus to the anode of the photodiode, and plus to the second input of the differential amplifier. This allows you to work with a photodiode closed by reverse (negative) voltage acting on its anode, which increases the sensitivity of the photodetector.
Изобретение поясняется чертежами:
фиг. 1 - принципиальная схема фотоприемного устройства с полевым транзистором в качестве регулируемого сопротивления;
фиг. 2 - включение в качестве регулируемого сопротивления биполярного транзистора типа n-p-n;
фиг. 3 - включение в качестве регулируемого сопротивления биполярного транзистора типа p-n-p;
фиг. 4 - пример исполнения части схемы фотоприемного устройства с источником напряжения в виде резистивного делителя, резистором в цепи отрицательной обратной связи усилителя и резистором для увеличения устойчивости установления нормального режима работы фотоприемного устройства при его включении;
фиг. 5 - принципиальная схема фотоприемного устройства с цифровым потенциометром.The invention is illustrated by drawings:
FIG. 1 is a schematic diagram of a photodetector with a field effect transistor as an adjustable resistance;
FIG. 2 - inclusion of an npn type bipolar transistor as an adjustable resistance;
FIG. 3 - inclusion of a pnp type bipolar transistor as an adjustable resistance;
FIG. 4 is an example of a part of a circuit of a photodetector with a voltage source in the form of a resistive divider, a resistor in the negative feedback circuit of the amplifier and a resistor to increase the stability of establishing the normal mode of operation of the photodetector when it is turned on;
FIG. 5 is a schematic diagram of a photodetector with a digital potentiometer.
Фотоприемное устройство (фиг. 1) содержит фотодиод 1, катод 2 которого соединен с первым входом дифференциального усилителя 4 с отрицательной обратной связью. Анод 5 фотодиода 1 через источник напряжения 6 соединен со вторым входом 7 дифференциального усилителя 4. Источник напряжения 6 включен плюсовым выводом 8 к аноду 5 фотодиода 1, а минусовым выводом 9 - ко второму входу 7 дифференциального усилителя 4. Выход 10 дифференциального усилителя 4 является выходом 11 фотоприемного устройства. The photodetector (Fig. 1) contains a
Основным элементом цепи отрицательной обратной связи дифференциального усилителя 4 является управляемое сопротивление 12, включенное параллельно фотодиоду 1. Управляющий вход 13 управляемого сопротивления 12 через резистор 14 соединен с выходом 10 дифференциального усилителя 4. При этом вывод 15 резистора 14 соединен с выходом 10 дифференциального усилителя 4, а вывод 16 - с управляющим входом 13 регулируемого сопротивления 12. Выходной контакт 17 управляемого сопротивления 12 соединен с анодом 4 фотодиода 1, а выходной контакт 18 - с катодом 2. Конденсатор 19 первым выводом 20 соединен с первым входом 3 дифференциального усилителя 4, а выводом 21 - с выводом 16 резистора 14. Резистор 14 и конденсатор 19 образуют другой элемент отрицательной обратной связи дифференциального усилителя 4. The main element of the negative feedback circuit of the differential amplifier 4 is the controlled
В фотоприемном устройстве по фиг.1 в качестве регулируемого сопротивления 12 использован полевой транзистор 22, затвор 23 которого является управляющим входом 13 указанного сопротивления. Сток 24 полевого транзистора 22 является выходным контактом 17 регулируемого сопротивления 12 и соединен с анодом 5 фотодиода 1. Исток 25 полевого транзистора 22 является выходным контактом 18 регулируемого сопротивления 12 и соединен с катодом 2 фотодиода 1. Промежуток сток 24 - исток 25 полевого транзистора 22 выполняет функцию регулируемого сопротивления 22, включенного параллельно фотодиоду 1. In the photodetector of FIG. 1, a field effect transistor 22 is used as an
В качестве регулируемого сопротивления 12 могут быть использованы биполярные транзисторы типов n-p-n (фиг.2.) или p-n-p (фиг.3). В первом случае (фиг.2) коллектор 26 биполярного транзистора 27 типа n-p-n является выходным контактом 17 регулируемого сопротивления 12 и, соответственно, соединен с анодом 5 фотодиода 1 (как показано на фиг.1). Эмиттер 28 биполярного транзистора 27 является выходным контактом 18 регулируемого сопротивления 12 и, соответственно, соединен с катодом 2 фотодиода 1. База 29 биполярного транзистора 27 типа n-p-n является управляющим входом 13 регулируемого сопротивления 12. Во втором случае (фиг.3) эмиттер 30 биполярного транзистора 31 типа p-n-p является выходным контактом 17 регулируемого сопротивления 12 и соединен с анодом 5 фотодиода 1, а коллектор 32 этого биполярного транзистора 31 является выходным контактом 18 регулируемого сопротивления 12 и соединен с катодом 2 фотодиода 1. База 33 биполярного транзистора 31 типа p-n-p является управляющим входом 13 регулируемого сопротивления 12. В остальном схема фотоприемного устройства с биполярными транзисторами может быть выполнена в соответствии с вышеописанной схемой по фиг.1. As
Конденсатор 19 может отсутствовать в схеме фотоприемного устройства. То есть устройство может работать без элемента отрицательной обратной связи в виде RC-цепи из конденсатора 19 и резистора 14. Резистор 14 (без конденсатора 19) может играть роль только регулятора режима работы полевого транзистора 22 или биполярных транзисторов 27, 31. The capacitor 19 may not be present in the circuit of the photodetector. That is, the device can operate without a negative feedback element in the form of an RC circuit from a capacitor 19 and a
Источник напряжения 6 может быть выполнен (фиг.4) с использованием резистивного делителя напряжения от источника питания фотоприемного устройства. На фиг. 4 показаны положительный (плюсовый) вывод 34 и отрицательный (минусовый) вывод 35 источника питания фотоприемного устройства. При этом между первым и вторым выводами 8, 9 источника напряжения 6 включен резистор 36. Первый вывод 8 источника напряжения 6 соединен непосредственно с положительным выводом 34 источника питания фотоприемного устройства. Второй вывод 9 источника напряжения 6 соединен с отрицательным выводом 35 источника питания фотоприемного устройства через резистор 37 Последовательно соединенные друг с другом по отношению к источнику питания фотоприемного устройства резисторы 36 и 37 являются вышеуказанным резистивным делителем напряжения. The
Для стабильного установления нормального режима работы фотоприемного устройства при его включении в условиях отсутствия светового сигнала на фотодиоде 1 в схему фотоприемного устройства может быть введен резистор 38 (фиг.4), включенный между отрицательным выводом 35 источника питания и катодом 2 фотодиода (или, что то же самое, между выводом 35 источника питания и инвертирующим входом 3 усилителя 4). To stably establish the normal mode of operation of the photodetector when it is turned on in the absence of a light signal on the
Между инвертирующим входом 3 усилителя 4 и его выходом 10 может быть включен резистор 39 (фиг.1) для обеспечения требуемого коэффициента усиления усилителя 4. Between the inverting
При использовании в качестве регулируемого сопротивления 12 цифрового потенциометра (цифроуправляемого сопротивления) 40 (фиг.5) его выходы 41 и 42 являются, соответственно, выходами 17, 18 регулируемого сопротивления 12. В фотоприемное устройство введен аналого-цифровой преобразователь 43, вход 44 которого соединен непосредственно с выходом 10 усилителя, а выход с помощью n-разрядной шины 45 соединен со входом цифрового потенциометра 40, являющимся одновременно входом 13 регулируемого сопротивления 12. Цифровой потенциометр 40 может быть выполнен, например, в виде матрицы сопротивлений, переключаемой с помощью набора ключей, управляемых дешифратором кода n-разрядной шины 45 (на чертеже не показано). Источника питания 6 при этом может быть включен в схему устройства двумя способами: по первому способу - плюсовым выводом 8 к аноду 5 фотодиода 1, а минусовым выводом 9 - к неинвертирующему входу 7 усилителя 4, по второму способу наоборот, минусом к аноду 5 фотодиода 1, а плюсом ко входу 7 усилителя 4. При первом способе включения источник питания 6 обеспечивает работу фотодиода 1 в закрытом состоянии при подаче на фотодиод 1 прямого напряжения. В этом случае фотодиод 1 работает с минимальной чувствительностью. При втором способе фотодиод 1 закрыт обратным напряжением, что обеспечивает реализацию максимальной чувствительности фотодиода и фотоприемного устройства в целом. При необходимости в схему фотоприемного устройства по фиг.5 могут быть введены дополнительные элементы обратной связи, показанные на фигурах 1 и 4, в частности резистор 39 и/или RC-цепь в виде конденсатора 19 и резистора 14, включенного в этом случае между выходом 10 усилителя 4 и входом 44 аналого-цифрового преобразователя 43. В варианте исполнения фотоприемного устройства по фиг.5 использован аналого-цифровой преобразователь 43 типа 1108ПВ1 и умножающий цифроаналоговый преобразователь типа 572ПА1 в качестве цифрового потенциометра 40. When using a digital potentiometer (digital-controlled resistance) 40 as an adjustable resistance 12 (Fig. 5), its
В конкретной схеме фотоприемного устройства по фиг.1 при использовании кремниевого фотодиода 1 типа ФД263 и полевого транзистора 22 типа КП945 между выводами 8 и 9 источника напряжения 6 требуется напряжение 0,300 В, обеспечивающее закрытое состояние фотодиода 1 и режим нормального функционирования полевого транзистора 22. При величине напряжения, большей порога открытия фотодиода, фотоприемное устройство будет работать с повышенным потреблением тока. In the specific scheme of the photodetector of FIG. 1, when using a
Фотоприемное устройство работает следующим образом. The photodetector operates as follows.
При включенной схеме (фиг.1) и освещении фотодиода 1 световым сигналом с постоянной и переменной составляющими фотодиод 1 генерирует пульсирующий ток, преобразующийся в напряжение на выходе 10 усилителя 4. Цепь обратной связи (резистор 14 и конденсатор 19) играет роль фильтра, обеспечивающего заданную полосу частот переменного полезного сигнала фотоприемного устройства. В данном случае рабочий диапазон частот фотоприемного устройства простирается от постоянной составляющей до установленной верхней граничной частоты. Между затвором 23 и истоком 25 полевого транзистора 22 действует напряжение с конденсатора 19, пропорциональное постоянной составляющей светового сигнала. Величина шунтирующего фотодиод 1 регулируемого сопротивления (промежуток сток 17 - исток 18 полевого транзистора 22) изменяется от максимума при минимальной постоянной составляющей светового сигнала до минимума при максимальной постоянной составляющей светового сигнала. When the circuit (Fig. 1) is turned on and the
При увеличении постоянной составляющей светового сигнала на фотодиоде 1 величина напряжения на затворе 23 полевого транзистора 22 увеличивается, значение шунтирующего фотодиод 1 низкоомного сопротивления уменьшается. От фотодиода 1 в промежуток сток 17 - исток 18 полевого транзистора 22 отводятся возникающие при этом в фотодиоде 1 дополнительные носители зарядов, что поддерживает постоянную концентрацию носителей зарядов в самом фотодиоде, обеспечивает неизменность режима работы фотодиода 1 и линейность его передаточной характеристики. При уменьшении постоянной составляющей светового сигнала величина напряжения на затворе 23 полевого транзистора 22 уменьшается, значение шунтирующего фотодиод 1 сопротивления увеличивается. Уменьшается количество отводимых от фотодиода 1 в промежуток исток 17 - исток 18 полевого транзистора 22 носителей зарядов, обеспечивается стабильность режима работы фотодиода 1 и линейность его передаточной характеристики. При этом практически осуществляется стабилизация напряжения на фотодиоде 1. With an increase in the constant component of the light signal on the
Изменение температуры окружающей среды, ее повышение или понижение вызывает повышение или понижение температуры самого фотодиода 1 и пропорциональное увеличение или уменьшение генерируемого фотодиодом тока. Это аналогично увеличению или уменьшению постоянной составляющей светового сигнала на входе фотодиода 1 и вызывает описанное выше соответствующее изменение значения шунтирующего фотодиод 1 сопротивления, обеспечивающее стабильность режима работы фотодиода 1. A change in ambient temperature, its increase or decrease causes an increase or decrease in the temperature of the
Использование предложенного фотоприемного устройства обеспечивает линейное преобразование входного светового сигнала при величине освещенности до 75000 люкс с погрешностью ±1% в интервале температур -55oС - +80oС.Using the proposed photodetector provides a linear conversion of the input light signal with an illumination of up to 75,000 lux with an error of ± 1% in the temperature range -55 o C - +80 o C.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001124060A RU2193761C1 (en) | 2001-08-29 | 2001-08-29 | Photodetector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001124060A RU2193761C1 (en) | 2001-08-29 | 2001-08-29 | Photodetector |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2193761C1 true RU2193761C1 (en) | 2002-11-27 |
Family
ID=20252927
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001124060A RU2193761C1 (en) | 2001-08-29 | 2001-08-29 | Photodetector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2193761C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2462693C2 (en) * | 2010-07-29 | 2012-09-27 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет" | Pyrometer |
| RU2492433C1 (en) * | 2012-03-11 | 2013-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Photometric device |
| RU2558282C1 (en) * | 2014-05-19 | 2015-07-27 | Государственное казенное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России) | Frequency-selective photoconverter of optical radiation |
| RU2559331C1 (en) * | 2014-04-30 | 2015-08-10 | Государственное казенное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России) | Variable optical radiation photosensor |
-
2001
- 2001-08-29 RU RU2001124060A patent/RU2193761C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2462693C2 (en) * | 2010-07-29 | 2012-09-27 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет" | Pyrometer |
| RU2492433C1 (en) * | 2012-03-11 | 2013-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Photometric device |
| RU2559331C1 (en) * | 2014-04-30 | 2015-08-10 | Государственное казенное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России) | Variable optical radiation photosensor |
| RU2558282C1 (en) * | 2014-05-19 | 2015-07-27 | Государственное казенное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России) | Frequency-selective photoconverter of optical radiation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR930007482B1 (en) | Current detecting circuit | |
| US5548112A (en) | Photodetecting circuit using avalanche photodiode | |
| JPS56128433A (en) | Detecting apparatus of temperature | |
| RU2193761C1 (en) | Photodetector | |
| US6781459B1 (en) | Circuit for improved differential amplifier and other applications | |
| JP3315651B2 (en) | Optical sensor and solid-state imaging device | |
| JPH04113713A (en) | Optical coupling detector | |
| US3793522A (en) | Temperature compensating circuits for photo-conductive cells | |
| JPH0774553A (en) | Amplifier | |
| JP2006058058A (en) | Photodetection circuit and automatic dimmer circuit | |
| SU1749887A1 (en) | Controlled resistor | |
| SU430481A1 (en) | TWO-TIME AMPLIFIER | |
| RU27220U1 (en) | PHOTO RECEIVER | |
| SU817686A1 (en) | Stabilized current source | |
| JPH05129844A (en) | Cmos operational amplifier | |
| SU1443128A1 (en) | Power amplifier | |
| SU940303A1 (en) | Transistorized switch | |
| SU135970A1 (en) | Device for determining the deviation of the electrical voltage from the set value | |
| SU1012421A1 (en) | Electrometric amplifier | |
| SU836761A1 (en) | Transistorized amplifier | |
| JPS6156446B2 (en) | ||
| SU1515349A1 (en) | Device for producing negative resistors | |
| SU548852A1 (en) | Constant voltage reference source | |
| SU1573354A1 (en) | Photodetector | |
| SU944108A1 (en) | Device for control of power transistorized switch |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080830 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20111020 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120830 |