SU1627861A1

SU1627861A1 - Photo-electric device

Info

Publication number: SU1627861A1
Application number: SU894662722A
Authority: SU
Inventors: Александр Васильевич Чурбаков
Original assignee: Предприятие П/Я А-3726
Priority date: 1989-03-16
Filing date: 1989-03-16
Publication date: 1991-02-15

Abstract

Изобретение относитс к фотоэлектронным устройствам, а именно к пороговым полупроводниковым фотоприемным устройствам, и предназначено дл использовани в высокочувствительной и широкодиапазонной аппаратуре дл измерени и регистрации световых потоков. Целью изобретени вл етс расширение диапазона регистрируемых потоков излучени при сохранении пороговой чувствительности, а также повышение точности реглетрации потоков, превышающих nniom насыщени . Дл этого п mn.cii v j- роиство, содержащее фотолнод, u l.i--- ренциальный усилитель и ociio Mioi i i - зистор, введены дп. транзистор i и л дополнительных ррчнсгора, нк-рпч чы . таким образом, ч го при болы in мгм - ност х излучени лимннй фогток фот - диода протекает не терс основной ,- зистор, а через второй допопнитолъ- ный резистор и эмнттерные n pexo iii введенных транзнс i opois. Пи повышени точности регистрации досгагпч.1 больших мощностей получени и р1рчм- рени функциональних возможности, устройство введены HTOPOII гтиффореч- циальный усилитель, резистор oupii ной св зи и дополни и-ти,ныи грлнзш-- тор, согласованный с первым грtr ис- тором и выполненный с ним H.J одном кристалле, причем нычоч второго дифференциального усимигелч вн е гг л вторым дополнительным iыходом усi- ройства. 1 з.п, ф-лы, 2 ил. 0 ш с: г - ъ-The invention relates to photoelectronic devices, namely, threshold semiconductor photodetectors, and is intended for use in highly sensitive and wide-range apparatus for measuring and recording light fluxes. The aim of the invention is to expand the range of the detected radiation fluxes while maintaining the threshold sensitivity, as well as to improve the accuracy of the re-registration of fluxes in excess of nniom saturation. For this, p mn.cii v j-rootion containing the photo-wave, u l.i is a potential amplifier and ociio Mioi i i - a resistor, entered dp. transistor i and l additional rrchsgora, nk-rpch chy. Thus, with the radiation in mgm - the radiation nost of the limiting photocell diode, not the termination of the main flow, the resistor, and through the second dopopnitol resistor and the input n opois transients entered. In order to increase the accuracy of recording the dosage of high power of obtaining and transmitting functional capabilities, the device was introduced with a HTOPOII grating amplifier, a resistor of an outage connection and an additional one, now a bass generator, coordinated with the first grtr generator and the HJ performed with it is one crystal, with the second differential terminal being the second additional output of the device. 1 z.p, f-ly, 2 ill. 0 w with: g -

Description

-j-j

LHLh

Изобретение относитс к фотоэлектронным устройствам, а именно к пороговым полупроводниковым фотоприемным устройствам, а предназначено дл использовани в высокочувствительной и широкодиапазонной аппаратуре дл измерени и регистрации световых потоков.The invention relates to photoelectronic devices, namely, threshold semiconductor photodetectors, and is intended for use in highly sensitive and wide-range apparatus for measuring and recording light fluxes.

Целью изобретени вп етс расширение диапазона регистрируемых световых потоков при сохранении пороговой чувствительном , а Ы1 ге повышение точности pt i И -трагип . - ков, превышающих пого п насьысчс i .The aim of the invention is to expand the range of recorded light fluxes while maintaining the threshold sensitivity, and L1 to increase the accuracy of the pt i AND-tag. - coke exceeding pogo ptr i.

На фиг.1 предстаг-ieii.i при1 пи-м- альна схема устройства; -м J . J - передаточные характеристики фогопри- емного устройства по пн%11г рм.In Fig. 1, the pre-stage-ieii.i is a pi-m-device circuit; m j. J - transmission characteristics of the receiver unit per mon% 11g RM.

Фотоприемное ус . г по (,) . - держит фотодиод 1, JUHlnK ijeHin a iTiH м усилитель 2 и основной рс - .- включенный между м и i-чч, ,iPhotoreceiver mustache. r by (,). - holds the photodiode 1, JUHlnK ijeHin a iTiH m amplifier 2 and the main RS - .- included between m and i-hh,, i

316316

рующим входом дифференциального усилител 2, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной 4, приче фотодиод 1 включен между входами дифференциального усилител 2, два транзистора 5 и 6 и два дополнительных резистора 7 и 8, причем эмиттер первого транзистора 5 соединен с инвертирующим входом дифференциального усилител 2, а его база и коллектор соединены с общей точкой двух дополнительных резисторов 7.и 8, первый из которых вторым выводом соединен с общей шиной 4, а второй дополни- тельный резистор 8 вторым выводом, который вл етс дополнительным выходом 9 устройства, соединен с базой и коллектором второго транзистора 6, эмиттер которого соединен с выходом дифференциального усилител 2. Кроме того, ФПУ может содержат второй дифференциальный усилитель 10 резистор 11 обратной св зи и дополнительный транзистор 12, выполненный на одном кристалле с первым транзистором 5 и согласованный с ним, причем базы и коллекторы их объединены, а эмиттер дополнительного транзистора 42 соединен с первым выводом резистора 11 обратной св зи и с инвертирующим входом дифференциального усилител 10, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной 4, а выход соединен с вторым выводом резистора 11 обратной св зи и вл етс вторым дополнительным выходом 13 устройства,a differential amplifier 2, non-inverting input of which is connected to a common bus 4, photodiode 1 is connected between the inputs of differential amplifier 2, two transistors 5 and 6 and two additional resistors 7 and 8, and the emitter of the first transistor 5 is connected to the inverting input of differential amplifier 2 and its base and collector are connected to the common point of two additional resistors 7. and 8, the first of which is connected to the common bus 4 by the second terminal, and the second terminal 8 is the second additional resistor An additional output 9 of the device, connected to the base and collector of the second transistor 6, the emitter of which is connected to the output of the differential amplifier 2. In addition, the FPU may contain a second differential amplifier 10 feedback resistor 11 and an additional transistor 12 made on the same chip with the first transistor 5 and matched with it, with the bases and their collectors combined, and the emitter of the additional transistor 42 is connected to the first output of the feedback resistor 11 and to the inverting input of the differential amplifier bodies 10, the non-inverting input connected to the common bus 4, and an output coupled to the second terminal of resistor 11, and feedback is a second additional output 13 of the device,

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Световой поток ф фотодиодом 1 преобразуетс в фототокLuminous flux f by photodiode 1 is converted to photocurrent

1Ф s-9,1F s-9,

где S - интегральна чувствительность фотодиода.where S is the integrated sensitivity of the photodiode.

Включение фотодиода 1 между входами дифференциального усилител 2 позвол ет обеспечить фотодиоду режим работы при практически нулевом смещении , когда он обладает максимальной линейностью и высокой пороговой чувствительностью вследствие отсутстви темнового тока. Весь фототок протекает через основной резистор 3, в результате чего на основном выходе устройства формируетс напр жение UTurning on the photodiode 1 between the inputs of the differential amplifier 2 allows the photodiode to operate at almost zero offset when it has maximum linearity and high threshold sensitivity due to the absence of dark current. The entire photocurrent flows through the main resistor 3, as a result of which the voltage U is formed at the main output of the device.

ЬьчH

UU

6WY6WY

VR5 VR5

; Q 5 ; Q 5

00

5five

00

5five

00

5five

где k -, - сопротивление резистора 3.where k -, is the resistance of the resistor 3.

Если UBb,y не превышает напр жени пробо С е обратносмещенного эмит- терного перехода транзистора 6, то падение напр жени на дополнительном резисторе 7 равно нулю, т.е. эмиттер- ный переход транзистора 5 оказываетс включенным параллельно фотодиоду 1, и к нему приложено практически нулевое напр жение смещени , когда его сопротивление превышает 10 -101 Ом, вследствие чего он не оказывает практического вли ни на процесс формировани выходного сигнала, так как сопротивление основного резистора 3 обычно выбираетс 10 дл реализации предельной пороговой чувствительности .If UBb, y does not exceed the breakdown voltage C e of the reverse-biased emitter junction of transistor 6, then the voltage drop across the additional resistor 7 is zero, i.e. The emitter junction of transistor 5 is turned on parallel to photodiode 1, and an almost zero bias voltage is applied to it when its resistance exceeds 10 -101 ohms, as a result of which it does not have a practical effect on the formation of the output signal, since 3 is typically chosen 10 for the implementation of a threshold sensitivity threshold.

Когда выходное напр жение Uewyt превышает напр жение пробо U б (7 - 8 В) обратносмещенного эмиттерпого перехода транзистора 6, то через него протекает ток, который создает на резисторе 7 падение напр жени , открывающее эмиттерный переход транзистора -5. В результате весь лишний фототок фотодиода 1 протекает не через основной резистор 3, а через эмиттерный переход транзистора 5, резистор 8 и обратносмещенный эмиттерный переход транзистора 6. На передаточной характеристике ФПУ по вл етс излом (см. фиг. 2). Если до излома наклон передаточной характеристики определ етс сопротивлением основного резистора 3, то после излома - сопротивлением резистора 8, которое выбираетс на несколько пор дков меньше, чем сопротивление резистора 3.When the output voltage Uewyt exceeds the breakdown voltage U b (7–8 V) of the reverse biased emitter transition of transistor 6, a current flows through it that creates a voltage drop across the resistor 7 opening the emitter junction of transistor -5. As a result, all the extra photocurrent of photodiode 1 does not flow through the main resistor 3, but through the emitter junction of transistor 5, resistor 8 and the reverse-biased emitter junction of transistor 6. The transfer characteristic of the FPU appears to be kinked (see Fig. 2). If, before the break, the slope of the transfer characteristic is determined by the resistance of the main resistor 3, then after the break, the resistance of the resistor 8, which is selected by several orders of magnitude less than the resistance of the resistor 3.

Если требуетс с высокой точностью регистрировать и световые потоки достаточно большой мощности, то дл этого можно использовать второй дополнительный выход 13.If it is required to record with high accuracy and light fluxes of sufficiently high power, then for this, a second auxiliary output 13 can be used.

Как видно из фиг.2, сигнал Ug с выхода 9 при больших засветках становитс нелинейным за счет вли ни логарифмической характеристики р - п- перехода транзистора 5, что снижает точность измерений светового потока. При использовании второго дополнительного выхода 13 информаци о больших засветках может быть получена практически с той же точностью, что и при малых за счет идентичностиAs can be seen from Fig. 2, the signal Ug from output 9 at high light becomes non-linear due to the influence of the logarithmic characteristic of the pn-junction of transistor 5, which reduces the measurement accuracy of the luminous flux. With the use of the second additional output 13, information on large highlights can be obtained with almost the same accuracy as for small ones due to the identity

характеристик траг игторов 5 и 12. В этом случае два согласованных транзистора 5 и 12 практически включены параллельно, так как потенциалы их эмиттеров отличаютс на величину разности напр жений смещени дифференциальных усилителей 2 и 10, котора не превышает 1-2 мВ. Так как они согласованы, то токи через них равны. Через транзистор 5 протекает лишний фототекcharacteristics of the tractors ig 5 and 12. In this case, the two matched transistors 5 and 12 are practically connected in parallel, since the potentials of their emitters differ by the magnitude of the difference of the bias voltages of the differential amplifiers 2 and 10, which does not exceed 1-2 mV. Since they are consistent, the currents through them are equal. Through transistor 5 flows extra photocurrent

& Х9 U6/RV& X9 U6 / RV

Следовательно, через транзистор 12 протекает аналогичный ток, который с помощью дифференциального усилител 10 и резистора 11 обратной св зи преобразуетс в напр жение „ на дополнительном выходе 13Consequently, a similar current flows through the transistor 12, which with the help of the differential amplifier 10 and the feedback resistor 11 is converted into voltage at the additional output 13

йьл 3il 3

и,and,

rile.rile.

( (

Кэ Ke

Пол рность этого напр жени противоположна напр жени м на основном и на дополнительном 9 выходах (фиг.2 В результате ФПУ с одним фотодиодом позвол ет вести высокоточную регистрацию светового потока в двух диапазонах по двум независимым каналам.The polarity of this voltage is opposite to the voltage on the main and on the additional 9 outputs (Fig. 2) As a result, the FPU with one photodiode allows high-precision recording of the luminous flux in two bands along two independent channels.

Применение изобретени позвол ет расширить диапазон регистрируемых световых потоков на 3-4 пор дка при сохранении точности регистрации, расширить функциональные возможности устройства за счет получени дополнительных независимых выходов, а также повысить точность .регистраци больших мощностей при использовании второго дополнительного выхода устройства .The application of the invention allows expanding the range of recorded light fluxes by 3-4 orders while maintaining registration accuracy, expanding the functionality of the device by obtaining additional independent outputs, as well as improving the accuracy of registering high powers when using the second additional output of the device.

Фор-мула изобретени Formulas of the invention

Claims

1. A photodetector containing a photodiode, a differential

an amplifier and a resistor connected between the output and the inverting input of the differential amplifier, the non-inverting input of which is connected to the common bus, the photodiode connected between the inputs of the differential amplifier, characterized in that, in order to expand the range of the detected radiation fluxes while maintaining the threshold sensitivity, two transistor and two additional resistor, with the emitter of the first

the transistor is connected to the inverting input of the differential amplifier; its base and collector are connected to a common point of two additional resistors, the first of which is the second

the output is connected to the common bus, and the second output of the second additional resistor is an additional output of the device and is connected to the base and collector of the second transistor,

the emitter of which is connected to the output of the differential amplifier.

2. The device according to claim 1, about tl and - the fact that, in order to improve the detection accuracy of flows exceeding the saturation flows, a second differential amplifier, a feedback resistor and an additional transistor made on one chip with

the first transistor and coordinated with him, and the base and the collector are combined, and the emitter of the additional transistor is connected to the inverting input of the differential amplifier,

the negatively coupled one will reverse the communication through the corresponding resistor, the non-inverting input of the differential amplifier is connected to the common bus, and its output is second

additional output device.

Soaps

1

9

Jib.