SU1679212A1 - Фотоприемное устройство - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к быстродействующим измерител м мощности оптического излучени , может быть использовано в системах оптической локации. Цель изобретени  - увеличение динамического диапазона принимаемых сигналов. Фотоприемное устройство содержит последовательно соединенные лавинный фотодиод 1, усилитель 2, фильтр 3 нижних частот, компаратор 4, логический блок 5, регулируемый источник

Description

(Л

С

О

VI чэ

ю

ГО

Фиг.1

6 питани , выход которого соединен с лавинным фотодиодом, выход усилител  соединен с блоком 7 оценки сигналов, второй вход компаратора соединен с выходом источника 8 опорного напр жени , второй вход логического блока соединен с выходом высокочастотного генератора 9, а также источник 10 оптического излучени , оптически св занный с лавинным фотодиодом, и блок 11 синхронизации, первый выход которого

Изобретение относитс  к быстродействующим измерител м мощности оптического излучени  и может быть использовано в системах оптической локации.

Цель изобретени  - увеличение динамического диапазона принимаемых сигналов .

На фиг.1 приведена блок-схема фотоприемного устройства; на фиг.2 - принципиальна  электрическа  схема логического блока.

Устройство содержит последовательно соединенные лавинный фотодиод 1, усилитель 2, фильтр 3 нижних частот, компаратор 4, логический блок 5 (дискриминатор длительности импульса), регулируемый источник 6 питани , блок 7 оценки сигналов, источник 8 опорного напр жени , высокочастотный генератор 9, источник 10 оптического излучени , оптически св занный с лавинным фотодиодом 1, и блок 11 синхронизации . Вход 12 логического блока 5 соединен с выходом компаратора, вход 13 - с блоком 11 синхронизации, вход 14 - с высокочастотным генератором 9, а выходы 15 и 16 логического блока 5 соединены с входами управлени  регулируемого источника 6 питани . Выходы 17 и 18 блока 11 синхронизации соединены соответственно с источником 10 и входом 13 логического блока 5.

В качестве логического блока используетс  блок, состо щий из счетчиков 19 и 20, Д-триггера 21, двух -логических элементов НЕ 22 и 23 и логических элементов 24 2И и 25 2И-НЕ, вход разрешени  счета счетчика 19  вл етс  входом 12 логического блока, синхронизирующий вход Д-триггера 21  вл етс  входом 13 логического блока, выход элемента 2И 24  вл етс  выходом 15 логического блока, выход элемента 2И-НЕ 25  вл етс  выходом 16 логического блока, а счетные входы счетчиков 19 и 20  вл ютс  входом 14 логического блока.

Фотоприемное устройство работает следующим образом.

соединен с источником оптического излучени  и синхронизирующим входом блока оценки сигналов, а второй выход соединен с третьим входом логического блока. Логический блок анализирует импульс на выходе компаратора и в зависимости от его длительности управл ет источником 6 питани  так, чтобы чувствительность устройства была максимальной при малых сигналах и уменьшалась при больших сигналах. 2 ил.

При использовании в системах оптической локации устройство принимает периодически повтор ющиес  сигналы, при этом цикл приема разделен на два интервала:

Ti - прием оптического излучени ; Та - подстройка коэффициента умножени  лавинного фотодиода. Синхронизаци  цикла приема осуществл етс  блоком 11 синхронизации, на выходе 17 которого в интервале Та

формируетс  первый импульс длительн - стью 71 , и следующий за ним на выходе 18 второй импульс длительностью та . Во врем  первого импульса осуществл етс  засветка лавинного фотодиода 1 эталонным

излучением источником 10 оптического излучени . Если во врем  интервала Ti мощность принимаемого излучени  меньше мощности эталонного излучени  во врем  импульса Т, то в этом случае стабилизаци 

коэффициента умножени  лавинного фотодиода 1 осуществл етс  по мощности эталонного излучени . Этот световой импульс длительностью Ti преобразуетс  лавинным фотодиодом 1 в импульс тока, амплитуда

которого пропорциональна коэффициенту умножени  лавинного фотодиода 1. На входном сопротивлении усилител  2 импульс тока преобразуетс  в импульс напр жени , который усиливаетс  усилителем 2 и

поступает через фильтр 3 нижних частот на компаратор 4. Сигнал на выходе компаратора 4 равен логической 1, если сигнал на его входе превышает опорное напр жение с источника 8 опорного напр жени . При

длительности логической 1 на выходе компаратора 4 TI счетчик логического блока 5 досчитывает до заданного числа N и на его выходе формируетс  сигнал логической Г, при этом счетчик останавливаетс . Число

N выбираетс  из соотношени  N л f/2, где f - частота высокочастотного генератора 9. При отсутствии сигнала логической Г на выходе компаратора 4 на выходе счетчика логического блока 5 сохран етс  состо 

ние логического О. При приходе на вход 13 логического блока 5 второго импульса по его переднему фронту логическое состо ние с выхода счетчика записываетс  в Д-триггер, а сам счетчик обнул етс . Таким образом, при длительности логической 1 на выходе компаратора 4, превышающей г 12, на выходах 15 и 16 логического блока 5 формируетс  импульс логического состо ни  длительностью Т5 , который приво- дит к уменьшению напр жени  на выходе регулируемого источника 6 питани  и уменьшению коэффициента лавинного умножени . При длительности логической единицы Г на выходе компаратора 4 меньше Ti/2 на выходах 15 и 16 логического блока 5 формируетс  импульс логического состо-  ни  О длительностью TI, который приводит к увеличению напр жени  на выходе

.

регулируемого источника о питани  и увели чению коэффициента лавинного умноже- ни . Таким образом, в лавинном фотодиоде 1 поддерживаетс  коэффициент лавинного умножени  Мо, равный

Мо Von/PnSo RexKy.

.

где Von - напр жение на выходе источника опорного напр жени ;

Ри - мощность импульса засветки ла- винного фотодиода источником оптического излучени ;

So - токова  чувствительность лавинного фотодиода без лавинного умножени ;

RBX- входное сопротивление усилител ;

Ку «- коэффициент усилени  усилител  по напр жению.

Вне интервала тг на выходе логического блока формируетс  логическое состо ние , которое поддерживает в течение (Ti+ TI ) неизменным коэффициент умножени  лавинного фотодиода 1. Если в течение интервала TI на временном отрезке 7i/2 мощность сигнала превышает мощность импульса засветки источником оптического из- лучени  Ри и равна Рс, то напр жение на выходе регулируемого источника 6 питани  измен етс  таким образом, что у лавинного фотодиода коэффициент умножени  М становитс  равным М - Von/PcSoRexKy.

5 10 15

20

25

30 35

40 50

Амплитуда сигнала от источника 10 оптического излучени  равна V VonM/Mo.

Путем пересчета в блоке 7 оценки сис налов по амплитуде излучени  источника 10 оптического излучени  рассчитываетс  мощность сигнала в любой момент интервала TL

Устройство позвол ет за счет регулировки напр жени  на лавинном фотодиоде повысить верхний предел регистрации сигнала . С учетом того, что коэффициент умножени  лавинного фотодиода при больших сигналах снижаетс  в 10-20 раз, динамический диапазон устройства в 100-200 раз превышает динамический диапазон известных устройств.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Фотоприемное устройство, содержащее последовательно соединенные лавинный фотодиод, усилитель, фильтр, компаратор, а также блок оценки сигналов, вход которого соединен с выходом усилител , источник опорного напр жени , выход которого соединен с вторым входом компаратора , регулируемый источник питани , выход которого соединен с лавинным фотодиодом , источник оптического излучени , оптически св занный с лавинным фотодиодом , и высокочастотный генератор, отличающеес  тем, что, с целью увеличени  динамического диапазона принимаемых сигналов, в него введены дискриминатор длительности импульса и блок синхронизации , первый вход дискриминатора длительности импульса соединен с выходом компаратора, первый и второй выходы дискриминатора длительности импульса соединены соответственно с первым и вторым входами регулируемого источника питани , второй вход дискриминатора длительности импульса соединен с высокочастотным генератором , третий вход дискриминатора длительности «мпульса соединен с вторым выходом блоки синхронизации, первый выход которого соединен с источником оптического излучени  и синхронизирующим входом блока оценки сигналов, а в качестве фильтра используетс  фильтр нижних частот , полоса пропускани  которого равна половине значени  частоты высокочастотного генератора.

   Фиг. 2