SU1492226A1 - Фотоприемное устройство - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к фотоэлектронным приборам дл  измерени  и обнаружени  излучени , а именно к фотоприемным устройствам дл  фотометрических систем, и может быть использовано дл  построени  высокочувствительных фотометрических приборов с широким диапазоном линейного преобразовани  излучени  в электрический ток. Цель изобретени  - расширение динамического диапазона и обеспечение регулировки коэффициента преобразовани . Дл  этого в фотоприемное устройство, содержащее дифференциальный усилитель, между входами которого включен фотодиод, введены согласованна  пара транзисторов, делитель и источник термозависимого напр жени , наход щийс  в термической св зи с согласованной парой транзисторов. При этом ток фотодиода, включенного в режиме короткого замыкани , посредством дифференциального усилител  с коэффициентом усилени , регулируемым от 1 до 10⁶, преобразуетс  в выходной ток, измен ющийс  в диапазоне от п ти до семи пор дков. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к фотоэлектронным приборам дл  измерени  и обнаружени  излучени , а именно к фотоприемным устройствам дл  фотометрических систем, и может быть использовано дл  построени  высокочувствительных фотометрических приборов с широким диапазоном линейного преобразовани  излучени  в электрический ток.

Цель изобретени  - расширение динамического диапазона и обеспечение регулировки коэффициента преобразовани  фотоприемного устройства.

На чертеже представлена принципиальна  схема фотоприемного уст- ройства

Устройство содержит дифференциальный усилитель 1, между входами которого включен фотодиод 2, согласованную пару 3 транзисторов, делитель 4 и источник 5 термоэависимого напр жени , термически св занный с согласованной парой 3 транзисторов, базы которых объединены и соединены с выходом и инвертирующим входом дифференциального усилител  1, коллектор первого транзистора 6 согласованной пары 3 соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилител  1, а его эмиттер соединен через делитель 4 с выходом источника 5 термоэависимого напр жени , эмиттер второго транзистора 7 согласованной пары

СО

to to to

О)

3 соединен с общей шиной 8, а его коллектор  вл етс  выходом устройства о

Источник 5 термозависимого напр жени  может быть выполнен, например, в виде согласованной пары 9 транзисторов , операционного усилител  10, двух резисторов 11 и 12 и резистивно го делител  13, через который выход операционного усилител  10,  вл ющийс  выходом источника 5 термозависимого напр жени , соединен с эмиттером одного транзистора 14 согласованной пары 9 транзисторов, коллектор которого соединен с инвертирующим входом операционного усилител  10 и с выводом первого резистора 11, а его база соединена с неинвертиру- юсцим входом операционного усилител  10, с выводом второго резистора 12 и с коллектором второго транзистора 15 согласованной пары 9, эмиттер которого соединен с общей шиной 8 и с ре- зистивным делителем 13, вторые выводы резисторов 11 и 12 соединены с шиной питани , а согласованные пары 3 и 9 транзисторов устройства св заны термически

Источник термозависимого напр жени  может быть выполнен также и по другой схеме, например с термодатчиком . Об зательным условием  вл ет- с  термическа  св зь указанного источника с согласованной парой 3 транзисторов .

Изобретение основано на использовании известной функциональной св зи разности падений напр жени  на эмит- терных переходах согласованной пары транзисторов U U с коллекторными токами этих транзисторов 1 j, и

- К1

ли |- i

(1)

1

где Lf - температурный потенциал В данной схеме источника термозависимого напр жени  коллекторные токи I ,4 и согласованной пары транзисторов 14 и 15 соответственно равны:

Ул.. т

R,.

15

,,s R,

(2)

2

где и J, - напр жение питани ; R (, и R(,2. сопротивлени  резисторов 11 и 12 соответст- (/ венно;

2226

и

10

15

jg, и U,g,j - падени  напр жени  на

эмиттерных переходах транзисторов 14 и 15 соответственно .

и,р,4 (15 потенциалы коллекторов указанных транзисторов выравниваютс  за счет воздействи  операционного усилител  10 через ре- зистивный делитель 13 на эмиттер транзистора 14.

В результате подстановки в (1) выражений (2) получают, что на эмиттере транзистора 14 выдел етс  напр жение

Ч

Т9

Ir,

In -- )

(3)

где Цт, - температурный потенциал пары 9 транзисторов 14 и 15, которое , как видно, от напр жени  питани  не зависит. Если выбрать коллекторный ток транзистора 14 значительно меньшим, чем ток через резистив- ный делитель 13, то выходное напр жение и5 операционного усилител  10, т.е. источника 5 термозависимого напр жени  ,

5

Ui

Hj5

0

к

где К

О

т R(

In -- ; К (2

(4)

13

- коэффициент делени  резистивного делител  13. Это напр жение через делитель 4 подаетс  на эмиттер транзистора 6 и потенциал Ь фиксируетс  на уровне

и.

к.и,

где К - коэффициент тел  4. В процессе работы

0

0

5

засветке фотодиода 2 через коллекторный и эмиттерный переходы транзистора 6 течет ток 1ф фотодиода 2. Диф ференциальный усилитель 1 включен в режиме повторител  напр жени , в ре- 5 зультате чего и фотодиод 2, и коллекторный переход транзистора 6 работают при нулевом напр жении смещени , что при использовании дифференциального усилител  с большим вход- ньтм сопротивлением, например типа К 1409УД1, 744Д1А и др., позвол ет регистрировать фототоки на уровне

42 /

10 А (соответствует освещенности 10- лк).

Дл  согласованной пары 3 транзисторов можно записать следующее выражение:

(6)

и.

, I Вы In -- .

1ф

где ц - температурный потенциал

пары 3 транзисторов 6 и 7; выходной ток фотоприемного устройства. Подставл   в (6) выражени  (4) и

(5), получают

BbfK

Cf

К,

R,

т

л , К(1

- - Ifj K,jЯч2

. I вы К/т ч

(7)

из которого следует, что при (т.е. при одинаковой температуре согласованных пар 3 и 9 транзисторов , дл  чего требуетс  их термическа  св зь) к

I (BjL) k,

ВЫХ

F

(8)

эффициент усилени  от и более.

до

10

Расширение динамического диапазо на по выходному сигналу достигаетс  тем, что в качестве выходного сигнала используетс  не напр жение, максимальное значение которого ограничено напр жением питани , а ток, ограниченный снизу и сверху только возможност ми транзистора. Например , транзисторна  пара 129НТ1В позвол ет формировать на выходе ток - 10 А, т.е. динамический диапазон расшир етс  до семи пор дков.

Дл  обеспечени  термической св зи пар транзисторов их необходимо выполн ть или в одном кристалле, или устанавливать на одной подложке с высокой термопроводимостью.

Таким образом, как видно из выражени  (8), в предлагаемом фотоприемном устройстве можно в широких пределах регулировать коэффициент усилени  фототока за счет изменени  коэффициента делени  К делител  4„ Регулировку коэффициента усилени  можно также обеспечить за счет регулировани  коэффициента К;,з и сопротивлений резисторов II и 12. Однако в данной схеме источника термозависимого напр жени  при изменении К,з, R , и 1 мен ютс  режимы работы элементов , что может вли ть на точность устройства в целом. Поэтому регулировку усилени  при использовании данного источника 5 удобно проводить, измен  

Изменение напр жени  U, от О до 360 мВ позвол ет регулировать коФормула изобретени 

Фотоприемное устройство, содер- 1жащее дифференциальный усилитель, между входами которого включен фотодиод , отличающеес  тем, что, с целью расширени  динамического диапазона и обеспечени  регулировки коэффициента преобразовани , в него введены согласованна  пара транзисторов , делитель и источник термозависимого напр жени , термически

св занный с согласованной парой транзисторов , базы которых соединены с выходом и инвертирующим входом дифференциального усилител , коллектор первого транзистора соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилител , его эмиттер соединен через делитель с выходом источника термозависимого напр жени , эмиттер второго транзистора соединен с общей шиной,

а его коллектор  вл етс  выходом устройства .

Вых

Claims (1)

1. Формула изобретения

   20 Фотоприемное устройство, содержащее дифференциальный усилитель, между входами которого включен фотодиод, отличающееся тем, что, с целью расширения динамическо25 го диапазона и обеспечения регулировки коэффициента преобразования, в него введены согласованная пара транзисторов, делитель и источник термозависимого напряжения, термически

   30 связанный с согласованной парой транзисторов, базы которых соединены с выходом и инвертирующим входом дифференциального усилителя, коллектор первого транзистора соединен с неин35 вертирующим входом дифференциального усилителя, его эмиттер соединен через делитель с выходом источника термозависимого напряжения, эмиттер второго транзистора соединен с общей шиной,

   40 а его коллектор является выходом устройства.