RU27220U1

RU27220U1 - PHOTO RECEIVER

Info

Publication number: RU27220U1
Application number: RU2001105784/20U
Authority: RU
Inventors: В.А. Захаренко
Original assignee: Омский государственный технический университет
Priority date: 2001-03-01
Filing date: 2001-03-01
Publication date: 2003-01-10

Abstract

Фотоприемное устройство, содержащее фоторезистор, подключенный к инвертирующему входу усилителя, выход которого соединен со входом цепи усреднения, отличающееся тем, что в него дополнительно введен функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу цепи усреднения, а выход соединен с неинвертирующим входом усилителя, между инвертирующим входом усилителя и выходом цепи усреднения включен резистор, а второй вывод фоторезистора подключен к общей точке источника питания.A photodetector comprising a photoresistor connected to an inverting input of an amplifier, the output of which is connected to an input of an averaging circuit, characterized in that a functional converter is additionally introduced into it, the input of which is connected to an output of an averaging circuit, and the output is connected to a non-inverting input of the amplifier, between the inverting input the amplifier and the output of the averaging circuit, a resistor is turned on, and the second output of the photoresistor is connected to a common point of the power source.

Description

ФОТОПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВОPHOTO RECEIVER

Полезная модель относится к области фотометрии и может быть использована в оптико-электронных приборах с фоторезисторнымиThe utility model relates to the field of photometry and can be used in optoelectronic devices with photoresistor

измерительньши преобразователями.measuring transducers.

-if Известно устройство (а.с. СССР № 911173, Б.И. № 9, 1982 г.),-if The device is known (USSR AS No. 911173, B.I. No. 9, 1982),

содержащее последовательно подключенные к источнику напряжения фоторезистор и управляемый источник тока, кроме того, устройство содержит второй фоторезистор и масштабирующий усилитель, причем второй фоторезистор последовательно с резистором подключен к источнику напряжения, а их средняя точка связана с входом масштабирующего, операционного усилителя, выход которого связан сcontaining a photoresistor and a controllable current source connected in series to a voltage source, in addition, the device contains a second photoresistor and a scaling amplifier, the second photoresistor connected in series with a resistor to a voltage source, and their midpoint is connected to the input of a scaling operational amplifier, the output of which is connected to

источника тока. current source.

Схема этого устройства позволяет управлять током через первый (рабочий) фоторезистор как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. Напряжение коррекции формируется дополнительным каналом, содержащим второй (компенсационный) фоторезистор. При изменении температурь, напряжение на рабочем фоторезисторе изменяется |9рнако, учитываядействие канала коррекции и то, что его приращениеThe circuit of this device allows you to control the current through the first (working) photoresistor, both in the direction of increase and decrease. The correction voltage is generated by an additional channel containing a second (compensation) photoresistor. When the temperature changes, the voltage at the working photoresistor changes | 9 however, given the action of the correction channel and the fact that its increment

противоположно основному каналу, ток через первый фоторезистор изменится и напряжение останется той же величиной.opposite to the main channel, the current through the first photoresistor will change and the voltage will remain the same.

МКИ: GOIJ 1 / 44 MKI: GOIJ 1/44

. , 2. , 2

изменения в рабочем и компенсационном каналах будут близкие, но не полностью идентичными даже для одинаковых типов и номиналов фоторезисторов. Кроме того, наличие отдельного компенсационного канала, облучаемого регистрируемым световым потоком, приводит к i темному и конструктивному усложнению устройства.changes in the working and compensation channels will be close, but not completely identical, even for the same types and ratings of photoresistors. In addition, the presence of a separate compensation channel irradiated by the detected luminous flux leads to i dark and constructive complication of the device.

Также известно устройство (Заявка ФРГ № 3424136, 1986 г.), в котором термокомпенсация электрического сигнала, вызванного воздействием температуры среды на фотопреобразователь, производится в электронном тракте при помощи терморезистора. Такая термокомпенсация не обеспечивает малых температурных погрешностей и трудоемка при настройке.A device is also known (Application of the Federal Republic of Germany No. 3424136, 1986), in which the thermal compensation of an electrical signal caused by the influence of the ambient temperature on the photoconverter is carried out in the electron path using a thermistor. Such temperature compensation does not provide small temperature errors and is time-consuming to configure.

Также известно устройство (пат. США N° 4537510,1985 г.), в котором содержится эталонный источник излучения и эталонный фотоприемник, а коррекция рабочего фоторезистора производится с помощью вычислительного устройства, сравнивающего выходные сигналы с первого и второго фотоприемника. Это устройство обладает значительной функциональной сложностью и требует применения эталонного источника , что не во всех случаях применения фотоэлектрических устройств возможно.A device is also known (US Pat. N ° 4537510.1985), which contains a reference radiation source and a reference photodetector, and the correction of the working photoresistor is performed using a computing device that compares the output signals from the first and second photodetectors. This device has significant functional complexity and requires the use of a reference source, which is not possible in all cases of the use of photovoltaic devices.

Также известно устройство (заявка Японии № 6105185. Изобретения стран мира. Вып. 83, N 7, 1998 г.), в котором термокомпенсация производится за счет применения дополнительного более стабильногоA device is also known (Japanese application No. 6105185. Inventions of the countries of the world. Issue 83, No. 7, 1998), in which the thermal compensation is performed by using an additional, more stable

(/Т(/ T

- -

фотоприемника и дополнительного регулируемого источника излучения. Такая термокомненсация функционально сложна и требует мер по стабилизации параметров как дополнительного приемника излучения, так и по стабилизации источника излучения.photodetector and an additional adjustable radiation source. Such thermal compensation is functionally complex and requires measures to stabilize the parameters of both an additional radiation receiver and stabilize the radiation source.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство (а.с. СССР,Closest to the proposed device is (a.s.

№ 1434275, Б.И. № 40, 1988 г.), содержащее соединенные последовательноNo. 1434275, B.I. No. 40, 1988), containing connected in series

.д, подключенные к источнику напряжения управляемый источник тока и.d connected to a voltage source controlled current source and

фоторезистор, а также усилитель и резистор. В устройство с целью упрощения конструкции и повышения термостабильности чувствительности и постоянной времени введена цепь усреднения электрического сигнала, второй вывод фоторезистора подключен к инвертирующему входу усилителя, выход которого соединен с входом цепи усреднения, к .. выходу которой подключен вход управляемого источника тока, между выходом которого и неинвертирующим входом усилителя включен резистор.a photoresistor, as well as an amplifier and a resistor. In order to simplify the design and increase the stability of sensitivity and time constant, an averaging circuit of an electric signal is introduced, the second output of the photoresistor is connected to the inverting input of the amplifier, the output of which is connected to the input of the averaging circuit, to the output of which is connected the input of a controlled current source, between the output of which and a non-inverting input of the amplifier includes a resistor.

Схема этого устройства позволяет управлять источником тока таким образом, что осуществляется термостабилизирующее воздействие на чувствительность и постоянную времени фоторезистора.The circuit of this device allows you to control the current source in such a way that the thermostabilizing effect on the sensitivity and time constant of the photoresistor is carried out.

Однако температурная стабилизация чувствительности и постоянной времени в этом устройстве не будет полной и происходит в ограниченномHowever, temperature stabilization of sensitivity and time constant in this device will not be complete and occurs in a limited

интервале изменений температуры окружающей среды, т.к. термокомпенсационное воздействие пропорционально функцииthe range of changes in ambient temperature, as thermal compensation in proportion to function

зависимости изменения темнового сопротивления фоторезистора от трйпературы среды, которое не совпадает с функциями чувствительности и постоянной времени от изменений температуры. Кроме того, наличие специального источника тока приводит к усложнению устройства.the dependence of the change in the dark resistance of the photoresistor on the temperature of the medium, which does not coincide with the sensitivity functions and the time constant from temperature changes. In addition, the presence of a special current source leads to the complexity of the device.

Задачей предлагаемой полезной модели является упрощение устройства, повышение его термостабильности и расширение диапазона термостабилизации.The objective of the proposed utility model is to simplify the device, increase its thermal stability and expand the range of thermal stabilization.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство, содержашее (||0торезистор, подключенный к инвертируюш;ему входу усилителя, выход которого соединен со входом цепи усреднения, дополнительно введен функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу цепи усреднения, а выход соединен с неинвертируюш;им входом усилителя, между инвертируюш;им входом усилителя и выходом цепи усреднения включен резистор, а второй вывод фоторезистора подсоединен к общей точке источника питания.The task is achieved by the fact that in the device containing (|| 0 the resistor connected to the inverting; to the amplifier input, the output of which is connected to the input of the averaging circuit, an additional functional converter is introduced, the input of which is connected to the output of the averaging circuit, and the output is connected to non-inverting; a resistor is connected between it by the amplifier input and a resistor connected to it by the amplifier input and the output of the averaging circuit, and the second output of the photoresistor is connected to a common point of the power source.

Использование нового элемента: функционального преобразователя, работа которого основана на известных принципах (см., например, Коломбет Е.А. Микроэлектронные средства обработки аналоговых сигналов. М. «Радио и связь, 1991 г.) при его и резистора подключении по предлагаемой схеме позволило обеспечить более высокую термостабильность параметров устройства, расширить диапазон термостабилизации при одновременном его упрощении за счет исключенияThe use of a new element: a functional converter, the operation of which is based on well-known principles (see, for example, Colombet EA, Microelectronic means for processing analog signals. M. “Radio and communications, 1991) with its resistor and connection according to the proposed circuit allowed provide higher thermal stability of the device parameters, expand the range of thermal stabilization while simplifying it by eliminating

..

из устройства источника тока. Функциональный преобразователь позволяетfrom a current source device. Functional converter allows

сформировать компенсационное воздействие, функция которогоform a compensatory effect whose function

1ё||)1Е)тветствует функции изменения от температуры чувствительности и1ё ||) 1Е) corresponds to the function of the change in temperature sensitivity and

постоянной времени во всем диапазоне эксплуатационных температур. Функциональный преобразователь, усилитель и резистор позволяют сформировать компенсирующее воздействие на фоторезистор, удерживающее его параметры в исходном состоянии. В отличии от известного устройства новые элементы и схема их включенияtime constant over the entire range of operating temperatures. A functional converter, amplifier and resistor make it possible to form a compensating effect on the photoresistor, which keeps its parameters in the initial state. In contrast to the known device, new elements and their inclusion scheme

обеспечивают компенсационное воздействие, соответствующееprovide a compensatory effect appropriate

индивидуальной характеристике стабилизируемого параметра без использования источника тока.individual characteristic of the stabilized parameter without using a current source.

Существенные отличия в работе предлагаемого устройстваSignificant differences in the operation of the proposed device

заключаются в том, что электрической схемой нового включенияare that the electrical circuit of the new inclusion

фоторезистора обеспечивается изменение напряжения на фоторезистореthe photoresistor provides a change in voltage on the photoresistor

при изменениях температуры среды таким образом, что функциональнойwith changes in ambient temperature in such a way that functional

;§ 1исимости от температуры среды компенсируемого параметра; § 1 depending on the temperature of the medium of the compensated parameter

соответствует функциональная зависимость компенсационного воздействия, а диапазон компенсации определяется не участком, на котором совпадает изменение чувствительности и постоянной времени от температуры среды с функцией компенсационного воздействия, пропорционального воздействию темнового сопротивления фоторезистора от температуры среды, а диапазоном, на котором функциональнымcorresponds to the functional dependence of the compensation effect, and the compensation range is determined not by the section where the change in sensitivity and time constant from the medium temperature coincides with the function of the compensation effect proportional to the dark resistance of the photoresistor from the medium temperature, but by the range in which the functional

преобразователем обеспечивается совпадение функции компенсационного воздействия функции термокомпенсируемого параметра, при этом датчиком температуры фоторезистора является сам фоторезистор.the converter ensures the matching of the compensation function of the function of the thermally compensated parameter, while the photoresistor temperature sensor is the photoresistor itself.

На чертеже представлена функциональная, схема фотоприемногоThe drawing shows a functional diagram of the photodetector

устройства.devices.

Фотоприемное устройство содержит фоторезистор 1, облучаемый переменным лучистым потоком 2, усилитель 3, цепь усреднения 4, функциональный преобразователь 5, резистор 6.The photodetector includes a photoresistor 1 irradiated with an alternating radiant flux 2, an amplifier 3, an averaging circuit 4, a functional converter 5, a resistor 6.

Фотоприемное устройство работает следующим образом: приThe photodetector works as follows: when

облучении фоторезистора 1 модулированным потоком 2, с выходаirradiation of photoresistor 1 with modulated flow 2, from the output

жрлителя 3 снимается переменное напряжение пропорциональноеGirder 3 is removed AC voltage proportional

интенсивности лучистого потока, на выходе усредняющей цепи 4 напряжение будет отсутствовать, так как среднее значение периодического переменного напряжения за период времени равно нулю. При изменении проводимости фоторезистора 1 под действием температуры окружающей среды на выходе усилителя 3 появляется постоянная составляющая напряжения, которая через усредняющую цепь 4 воздействует на ЭДШйкциональный преобразователь 5, который формируетthe intensity of the radiant flux, there will be no voltage at the output of the averaging circuit 4, since the average value of the periodic alternating voltage over a period of time is zero. When the conductivity of the photoresistor 1 changes under the influence of the ambient temperature, a constant voltage component appears at the output of the amplifier 3, which, through the averaging circuit 4, acts on the EDJ converter 5, which forms

компенсирующ)пю функцию напряжения на неинвертирующем входе усилителя 3, при этом за счет включения резистора 6 отрицательной обратной связи на инвертирующем входе усилителя 3 поддерживается напряжение, равное напряжению на неинвертирующем входе, котороеcompensating) the voltage function at the non-inverting input of amplifier 3, while due to the inclusion of a negative feedback resistor 6 at the inverting input of amplifier 3, a voltage equal to the voltage at the non-inverting input is maintained, which

создает изменение напряжения на фоторезисторе, обеспечивающее постоянство его чувствительности и постоянной времени, одновременно резистор 6 производит такое воздействие на инвертирующий вход усилителя 3, которое обеспечивает диапазон изменения компенсационного сигнала с выхода цепи усреднения, соответствующий требуемомуcreates a voltage change on the photoresistor, ensuring that its sensitivity and time constant, at the same time, the resistor 6 produces such an effect on the inverting input of the amplifier 3, which provides a range of variation of the compensation signal from the output of the averaging circuit corresponding to the required

; ярпазону термостабилизации параметров фотоприемного устройства.; Brightness of thermal stabilization of the parameters of the photodetector.

Таким образом, в предлагаемом устройстве достигнуто упрощение за счет исключения управляемого источника тока, повышена термостабильность, так как функциональный преобразователь обеспечивает соответствие компенсационного воздействия функции изменяющегося от температуры среды параметра. Расширение диапазона термостабилизации также обеспечивается за счет введения й Шнкционального преобразователя, который формирует необходимую для исключения температурной погрешности функцию термокомпенсации на всем диапазоне изменений температуры среды.Thus, in the proposed device, a simplification is achieved by eliminating a controlled current source, thermostability is increased, since the functional converter ensures that the compensation effect of the function corresponds to a parameter that varies from the temperature of the medium. The expansion of the thermal stabilization range is also ensured by introducing the Ш Functional Converter, which generates the temperature compensation function necessary to eliminate the temperature error over the entire range of changes in the temperature of the medium.

Использование нового элемента: функционального преобразователя и его схемы включения, включений резистора и фоторезистора по новой схеме позволяет увеличить температурную стабильность чувствительности и постоянной времени, расширить диапазон термокомпенсацииThe use of a new element: a functional converter and its switching circuit, the inclusion of a resistor and a photoresistor according to the new scheme allows to increase the temperature stability of sensitivity and time constant, to expand the range of thermal compensation

: §| а;оприемных устройств при изменениях температуры окружающей среды.: § | a; receiving devices with changes in ambient temperature.

//с,Г // s, G

Claims

A photodetector comprising a photoresistor connected to an inverting input of an amplifier, the output of which is connected to an input of an averaging circuit, characterized in that a functional converter is additionally introduced into it, the input of which is connected to an output of an averaging circuit, and the output is connected to a non-inverting input of the amplifier, between the inverting input the amplifier and the output of the averaging circuit, a resistor is turned on, and the second output of the photoresistor is connected to a common point of the power source.