SU1033992A1 - Устройство дл измерени пробивного напр жени лавинного фотодиода - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОБИВНОГО НАПРЯХСЕНИЯ ЛАВИННОГО ФО- . ТОДИОДА, содержащее высокочастотный генератор, измерительный прибор, генератор нарастающего напр жени , первый управл к |ций вход которого соединен с выходом компаратора, токосъемный резистор, соединенный с первой шиной Дл  подключени  измер емого фотодиода , о тли ч ающеес   тем,. что, с целью повышени  точности измерени , в него введены селективный усилитель, амплитудный детектор, функциональный логарифмический преобразователь , нелинейный операционный усилитель с запом81нан)адим конденсатором, управл емый коммутатор, экстраполи- . рующий конденсатор, токостабилизируюада  схема, ключ, источник излучени , порогова  схема, генератор пилообразного напр жени  с запоминающим конденсатором и схема сброса, причем перва  шина дл  тлолключени  измер емого фотодиода соединена через последовательно соединенные селективный усилитель и амплитудный детектор с входами функционального логарифмического преобразовател  и- пороговой схемы , выход которой соединен с первым управл ющим входом генератора пилообразного напр жени  и вторым управл ющим входом генератора нарастающего .напр жени , выход функционального логарифмического преобразовател  соединен с входам нелинейного операционноногр усилител  с запоминающим конденсатором и первым входом управл емого коммутатора, второй вход которого соединен с экстраполируклдим конденсатором ,- .а выход соединен с входом токостабилизирукщей схемы, управл ющий вход котрррй соединен с первым выходом нелинейного операционного усилител  сзапоминающим конденсатором, второй выход которого соединен с упа S3 равл ющими входами управл емого коммутатора и ключа, вход которого сое (Л динен с выходом генератора нарастающего напр жени  и входом измерительного прибора, а выход - с второй щиной дл  подключени  измер емого фотодиода , который оптически св зан с источником излучени , вход которого соединен с выходом высокочастотного генератора, управл ющий вход которого соединен с выходом генератора пиоэ лообразного напр жени  с запоминающим конденсатором, выход компаратора со со со to соединен с первым управл ющим входом измерительного прибора, а его вход с экстраполирующим конденсатором, схемы сбр.оса соединен с третьим управл ющим входом генератора нарасТаквдёго напр жени , вторым управл ющим входом измерительного прибора, управл ющим входом нелинейного операционного усилител  с запоминающим кон .денсатором и вторым управл ющим входом генератора пилообразного напр жени  с запоминающим конденсатором.

Description

Изобретение относитс  к полупроводниковой фотрэлектроникв и может быть использовано дл  измерени  элек рических и фотоэлектрических характе ристик лавинного фотодиода. Известно устройство дл  измерени  пробивного напр жени  выпр мл ющих переходов, содержащее reHefiaTop импульсного напр жени  и измерительное устройство, а также стабилитроны, ог раничивающие напр жение наиспытуемом образце при его пробое I. .Недостаток данного устройства состоит в возможности теплового пробо  контролируемого выпр мл 1ощего пе рехода при длительном воздействии ис пытательного режима. Кроме этого, дл  испытуемых приборов различных ти пов необходим разный уровень стабили зации, что вызывает необходимость на стройки устройства в процессе его эксплуатации. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство дл  измерени  пробивного напр жени  выпр мл ющих переходов, содер сащее генератор нарастающего напр жени , выход которого,через сме ситель соединен с второй шиной дл  подключени  измер емого выпр мл ющего перехода и измерительным прибором а управл ющий вход которого соединен с выходом порогового элемента, генератор высокочастотного напр жени , соединенный с вторым входом смесител , -и токосъемный резистор, через первую шину соединенный последовательно с измер емым выпр мл ющим переходом 2 . Недостатком известного устройства  вл етс  низка  помехоустойчивость его схемы к.флуктуаци м напр жени  (шумам) на измер емом выпр мл квдем переходе, что приводит к неопределен ности в определении момента перехода фазовой характеристики через нуль при котором измер етс  напо жение п робо ,и ,какследствие, к значительнойпогрешности измерений. Цель изобретени  - повышение точности измерени  пробивного напр жени  лавинного фотодиода. . Поставленна  цель достигаетс  тем что в устройство дл  измерени  пробивного напр жени  лавинного Фотодио да, содержащее высокочастотный генератор , измерительный прибор, генератор нарастагацего напр жени , первый управл квдий вход которого соединен с выходом компаратора, токосъемный резистор, соединенный с первой шинбй дл  подключени  измер емого фотодиода , введены селективный усилитель, Амплитудный детектор, функциональный логарифмический преобразователь, не .линейный операционный усилитель с за поминаккцим конденсатором, управл емый коммутатор, экстраполирующийкон денсатор, токостабилизируюша  схема, ключ, источник излучени , порогова  схема, генератор пилообразного напр жени  с запоминающим конденсатором и схема сброса, причем перва  шина дл  подключени  измер емого фотодиода соединена через последовательно .соединенные селективный усилитель и амплитудный детектор с входами функционального логарифмического преобразова-. тел  и пороговой схемы, выход которой соединен с первым управл ющим входом генератора пилообразного напр жени  и вторым управл ющим входом генератора нарастающего напр жени , ыход функционального логарифмического преобразовател  соединен с входом нелинейного операционного усилител  с запоминающим конденсатором и первым входом управл емого коммутатора, второй вход которого соединен с экстраполирующим конденсатором, а выход соединен со входом токостабилизирующей схемы, управл ющий вход которой соединен с первым выходом, нелинейного операционного усилител  с запоминающим конденсатором, эторой выход которого соединен с управл ющими входами управл емого коммутатора и ключа, вход которого соединен с выходом генератора нарастающего напр жени  и. входом измерительного прибора, а выход - с второй шиной дл  подключени  измер емого фотодиода который Оптически св зан с источн.иком излучени , вход которого соединен с выходом вы-сокочастотного генератора, управл ющий вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напр жени  с запоминающим конденсатором, выход компаратора соединен с первым управл ющим входом измерительного прибора , а его вход - с экстраполирующим конденсатором, выход схемы сброса соединен с третьим управл к цим входом генератора нарастающего напр жени , вторым управл ющим входом измерительного прибора, управл кхцим входом нелинейного операционного усилител  с запоминающим конденсатором и вторым управл ющим входом генератора пилообразного напр жени ,, с запоминающим конденсатором. На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 временные диаграммы, по сн кщие работу устройства. О- напр жение на выходе генератора нарастающего напр жени  смещени , измен ющеес  по экспоненциальному закону; б- огибающа  импульсов фотртока на выходе детектора; & - напр жение на выходе функционального логарифмического преобразовател , измен ющеес  по закону . 1п(1-) ; - напр жение на первом выходе нелинейного операционного усилител  с запоминающим конденсатором, равное производной входного напр жени  d - импульс напр жени  на втором выходе нелинейного onepauHOHHofO усилител  с запоминающим конденсатором; „8- напр жение на экстраполирующем конденсаторе) « - пр моугольный импульс напр жени  на выходе компара тора, Устройство дл  измерени  пробивно го напр жени  лавинного фотодиода (фиг. 1) содержит измер емый лавин-, ный фотодиод 1, последовательно соединенный с токосъемным резистором 2/ IK точке их соединени  подключены пос ледовательно соединенные селективный усилитель 3, амплитудный детектор 4, функциональный логарифмический npeoe разователь 5, нелинейный операционны усилитель 6 с запоминающим конденсатором/ второй выход которого соеди- . нен с входом управлени  коммутатора 7, который подключает экстраполирующий конденсатор 8 либо к выходу функ ционального логарифмического преобра зовател  5, либо к входу управл емой токостабилизирующей схемы 9, вход уп равлени  которой соединен с первым выходом нелинейного операционного усилител  6. Генератор 10 нарастающе го напр жени , выход которого соединен с входом измерительного прибора 11 и через электронный ключ 12, вход управлени  которого соединен с вторым выходом нелинейного опэрационного усилител  6, соединен с второй шиной дл  подключени  лавинного фото диода 1. Компаратор 13, вход которого подключен к экстраполирующему кон денсатору 8, а выход - к первому управл ющему входу Стоп генератора 10 нарастающего напр жени  и первому управл ющему входу запуска изме рительного прибора 11. Высокочастотный генератор 14 с электронной регулировкой амплитуды выходных импульсов соединен с источником 15 излучени , который оптически св зан с лавинным фотодиодом I, а между выходом амплитудного детектора 4 и входом управлени  высокочастотното генератора 14 включены последовательно соединенные порогова  схема .16 и генератор 17 пилообразного напр жени  с запоминающим конденсатером , причем выход пороговой схемы 16 св зан также и с вторым управл ющим входом Старт генератора 10 нарастающего напр жени . К -управл ющим входам Сброс генератора 10 нарастающего напр жени , измерительного Прибора 11, генератора 17 пилообраз1ного напр жени  с запоминающим конденсатором , нелинейного операционного усилител  6 с запоминающим конден сатором подключена схема 18 сброса Устройство работает следующим образом .. В основе его работы лежит факт, что зависимость коэффициента лавин- ного умножени  фототока от напр жени  обратного смещени , при напр жени х , меньших напр жени  пробо , описываетс  формулой Миллера ()--7Т1Гг f где М - коэффициент лавинного з ножени  фототока; и - напр жение обратного смещени ; Ц напр жение пробо ; п - параметр Миллера. Прологарифмировав это выражение, получаем ( 1-;1)-п(Рпи-Рпи„р) (2; Отсюда следует, что при ,pвеличина 1п(1- )  вл етс  линейной функцией InU, наклон которой определ етс  величиной п. Тогда, экстраполировав , пр молинейный участок (участок посто нного наклона) кривой экспериментальной , зависимости 1п(1- 4:} |ОТ 1п и до значений 1п(1-)0, определим некоторое напр жение U логарифм которого, как следует из формулы (2), равен InUpp, т.е. это напр жение обратного смещени  и есть искомое напр жение пробо  ( . На .испытываемый лавинный фотодиод 1 от генератора 10, через открытый электронный ключ 12, подаетс  посто нное начальное напр  жение смещени  Ug (фиг. 2/ а) соответствукадее безлавинному режиму работы фотодиода 1, при котором происходит автоматическа  установка начального фототока 1фо через лавинный фотодиод 1. Дл  этого с выхода генератора 17 пилообразного напр жени  с запоминающим конденсатором линейно нарастак дее аналоговое напр жение поступает на вход управлени  амплитудой ВЫХОДНЕЛХ токовых импульсов высокочастотного генератора 14,. которые подаютс  на источник 15, измен   интенсивность его излучени  по линейно-возрастающему закону, начина  с нулевого значени . При воз- . действии возрастающих по амплитуде импульсов света на измер емый лавинный фотодиод 1, через него начинают протекать возрастак цие по амплитуде импульсы фототока, которые, протека  через токосъемный резистор 2, создают на нем падение напр жени , значение которого при заданных значени хначального фототока XIQ и величины токосъемного резистора 2 определ ет коэффициент лавинного умножени  - М. Этот сигнал усиливаетс  селективным усилителем 3, преобразуетс  амплитудным детектором 4 в посто нное напр жение и поступает на вход порог .овой схемы 16, порог срабатывани  которой определ ет величину начального фототока 1фАчерез лавинный фото1ДИОД 1. В момент превышени  входным напр жением порога срабатывани .на выходе схемы. 16 по влабтс  ш тульс управлени , который, поступа  на управл ющий вкод генератора 17с запоминающим конденсатором, фиксирует действующее на его выходе в этот момент-значение аналогов.ого напр жени  Одновременно импульс управлени  с выхода пороговой схемы 16 поступает на второй управл ющий-вход Старт генератора 10, с выхода которого нарастающее по экспоненциальному закону напр жение поступает через открытый электронный ключ 12 на исследуемый лавинный фотодиод 1 (фиг, 2, а)-. С выхода детектора 4 огибающа  фотоимпульсов тока (фиг. 2, б) поступает на вход функционального логарифмичес кого преобразовател  5, а с его в,ы-. хода напр жение, измен ющеес  по занапр жение , КОНУ 1п(1- ) (фиг. 2, в), поступает нелинейного на вход нелинейного операционного усилител  .6 с запоминающим конденсатором . Так как напр жение смещени , приложенное к исследуемому лавинному фотодиоду 1, изме}1 етс  во времени по экспоненциальному закону, то зависимость . In (1-.-Д-) от времени или, .что тоже самое, от In U будет иметь линейный участок (участок посто нного наклона), На первом выходе нелинейного операционного усилител  6 с запоминающим крнденсатором вЫдел етс  экстремум производной входногонапр жени , численно равный параметру Миллера.п в формуле (1) и запоминаетс  его значение (фиг, 2, г). На. втором вых.оде нелинейного операционного усилител  6 формируетс  импульс, совпадающий по времени-с экстремумом производной входного на пр жени  (фиг. 2, д), который посту-пает на управл ющий вход электронного ключа 12 и закрывает его, отключа тем самым выход генератора 10 от лавинного фотодиода 1, а . также на уп.равл к ций в.ход коммутатора 7, которы переключает экстраполирующий конденсатор 8, подключенный в исходном состо нии к выходу функционального логарифмического преобразовател  5,. к. входу управл емой, токостабилиэирую щей схемы 9, после чего происходит - его разр д посто нным током, величина которого определ етс  действующим на управл гадем входе токостабилиэирукщей схемы 9 напр жением. Иными словами по заданной точке А (фиг. 2, в) определ емой величиной напр жени  на экстраполирующем конденсаторе 8 в момент его подключени  к токостабилизируквдей схеме 9 и углу наклона f-f определ емому величиной . разр дного тока, происходит автомати -ческа  экстрапол ци  линейного участ ка зависимости 1п.(1-) до обращени  ее в нуль (фиг. 2, е) . Определение нулевого значени  напр жени  на эксТраполирующем конденсаторе 8 происходит с помощью компаратора 13, к входу которого он подключен. Когда напр жение на экстраполирующем конденсаторе 8 достигнет нулевого значени , на выходе компаратора 13 формируетс  импульс (фиг. 2, ж), который поступает на первый управл ющий вход Стоп генератора 10 ивход внешне-г . го запуска измерительного прибора (которым может быть цифровой вольтметр ) 11,- при этом нарастание напр - жени  на выходе генератора- 10 прекр щаетс , а действующее на его выходе в этот момент напр жение запоминаетс-  (фиг. 2, а) и регистрируетс  изм рительным прибором 11. Дл  возвращени  всей схемьг в исходное состо ние с целью подготовки устройства к последующим измерени м используетс  схема 18 сброса, с выхочг Да которой сформированный импульс поступает . на . управл кндие входы Сброс генератора 10., измерительного прибора 11, генератора 17 с запоминающим крнденсатором,. нелинейного операционного усилител  6 с запоминающим кОнденсатором. В сравнении с прото.типом, который  вл етс  и базовым объектом,.предлагаемое устройство позволило полностыа исключить вли ние шумовых характерно- тик исследуемого лавинного фотодиода на результаты измерений и за счет этого повысить их Т9чность. так как . дл  сн ти  зависимости tf {1--)в схемд устройства используетс  селективный усилитель, а определение напр жени  пробо  производитс  в момент времени , когда исследуемый лавинный фотодиод фактически исключен из измерительной схемы. Так как испытываемый лавинный фотодиод подвергаетс  воздействию обратного напр жени  смещени  только при сн тии линейного учасТ ка зависимости 2n(l- -jf) / котора  снимаетс  при напр жени х, заведомо меньших -напр жени  -пробо , то, как это очевидно, предлагаемое устройство позволит полностью исключить возможность повреждени  и.ли выхода из стро  контролируемого прибора, а следовательно/ повысить процент выхода годных приборов на этапе контрол  их параметров. . Использование в предлагаемом устройстве схемы автоматической установки начального фототока 1фд генератора нарастающего напр жени , работающего в режиме Старт-Стоп-Сброс , схемы автоматической экстрапол ции функции Рп (1- ) , а также цифрового вольтметЕ а позволило полностью автоматизировать процесс измерени  напр жени 

пробо ,  вл ющегос  основной характеристикой лавинных фотодиодов. Автоматизаци  собственно процесса измерени  напр жени  пробо , а также возможность сштоматизации в предлагаемом устройств1е и процеЪса записи результатов измерени  с помощью цифропечатакедей машины, так как в устройстве может использоватьс  цифровой вольтметр позволит повысить произ ,водйтельность измерений в целом, что |особенно важно в заводских услови х

при стопроцентном контроле напо же .нй  пробо :лавинных фотодиодов.

Следует также отметить, что изобретение позволит, нар ду с измерением напр жений пробо  лавинных фотодиодов проводить измерение и других фотоэлектрических параметров лавинных фотодиодов, таких К9.к; начальный темновой ток - 1, коэффициент лавинного умножени  - М, параметр Миллера - п, что существенно расшир ет его функциональные возможности.

/7

ТК1

;5Г

JT

f

fj

fff

c ff/f

т

Н

S

fff

ф1К./

У

4Г

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОБИВНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ЛАВИННОГО ФО- . ТОДИОДА, содержащее высокочастотный генератор, измерительный прибор, ге- второй выход которого соединен с упнератор нарастающего напряжения, первый управлякЩий вход которого соединен с выходом компаратора, токосъемный резистор, соединенный с первой шиной Для подключения измеряемого фотодиода, о тлич ающеес я тем,.

   •что, с целью повышения точности изме. рения, в него введены селективный • усилитель, амплитудный детектор, функциональный логарифмический преобразователь, нелинейный операционный усилитель с запоминающим конденсатором, управляемый коммутатор, экстраполи- . рующий конденсатор, токостабилизирующая схема, ключ, источник излучения, пороговая схема, генератор пилообразного напряжения с запоминающим конденсатором и схема сброса, причем первая шина для подключения измеряв* мого фотодиода соединена через последовательно соединенные селективный усилитель и амплитудный детектор с входами функционального логарифмического преобразователя и пороговой схемы, выход которой соединен с дервым равляющими входами управляемого коммутатора и ключа, вход которого соединен с выходом генератора нарастающего напряжения и входом измерительного прибора, а выход - с второй щиной для подключения измеряемого фотодиода, который оптически связан с источником излучения, вход которого соединен с выходом высокочастотного генератора, управляющий вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения с запоминающим конденсатором, выход компаратора соединен с первым управляющим входом измерительного прибора, а его вход с экстраполирующим конденсатором, вы·-, ход схемы сбр.оса соединен с третьим управляющим входом генератора нарастающего напряжения, вторым управляющим входом измерительного прибора, управляющим входом нелинейного операционного усилителя с запоминающим конденсатором и вторым управляющим входом генератора пилообразного напряжения с запоминающим конденсатором.

   00 со со ьо