UA31974U

UA31974U - Microelectronic optical radiation measuring device

Info

Publication number: UA31974U
Application number: UAU200714925U
Authority: UA
Inventors: Александр Владимирович Осадчук; Сергей Владимирович Барабан
Original assignee: Винницкий Национальный Технический Университет
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2008-04-25

Abstract

Microelectronic optical radiation measuring device in which due to inclusion of new elements and links between those possibility is achieved for increase of functional possibilities, this leads to increase of sensitivity and accuracy of measurement of optical radiation.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель відноситься до галузі контрольно-вимірювальної техніки і може бути використана для 2 вимірювання оптичного випромінювання в різноманітних пристроях автоматичного керування технологічними процесами.The useful model belongs to the field of control and measurement technology and can be used for 2 measurement of optical radiation in various devices for automatic control of technological processes.

Відомий фотодатчик (Авторське свідоцтво СРСР Мо911173, кл. (301 у 1/44, 1982, Бюл. Мео9). Конструкція фотодатчика наступна. Пристрій містить фоторезистор, з'єднаний з джерелом струму, керуючий вхід якого зв'язаний з виходом масштабного підсилювача, вхід якого зв'язаний з середньою точкою другого фоторезистора 70 | резистора. Джерело струму включає польові і біполярний транзистор, а також резистори. Така схема дозволяє керувати струмом через фоторезистор, при чому як в сторону збільшення, так і в сторону зменшення. Напруга корекції формується додатковим каналом. Цей канал включає другий фоторезистор і резистор. Фоторезистор опромінюється тим же світловим потоком. При зміні температури напруга на фоторезисторі зменшується.The well-known photo sensor (Author's certificate of the USSR Mo911173, class (301 in 1/44, 1982, Byul. Meo9). The design of the photo sensor is as follows. The device contains a photo resistor connected to a current source, the control input of which is connected to the output of the scale amplifier, the input of which is connected to the middle point of the second photoresistor 70 | resistor. The current source includes a field-effect transistor and a bipolar transistor, as well as resistors. Such a scheme allows you to control the current through the photoresistor, while both increasing and decreasing. The correction voltage is formed by an additional channel. This channel includes a second photoresistor and a resistor. The photoresistor is irradiated with the same light flux. When the temperature changes, the voltage on the photoresistor decreases.

Температура компенсації не буде повною, так як зміни будуть близькими, але не зовсім ідентичними навіть для 72 однакових типів фоторезисторів.The temperature compensation will not be complete, as the changes will be close but not exactly identical even for 72 identical types of photoresistors.

Недоліком даного пристрою є невелика чутливість і точність виміру, яка пов'язана з тим, що, враховуючи дію каналу корекції і те, що його приріст протилежні основному каналу, струм через фоторезистор збільшується і напруга залишається тієї ж величини.The disadvantage of this device is low sensitivity and measurement accuracy, which is due to the fact that, taking into account the effect of the correction channel and the fact that its increase is opposite to the main channel, the current through the photoresistor increases and the voltage remains the same value.

За прототип обрано датчик теплового і оптичного випромінювання (Авторське свідоцтво СРСР Мо1511601, кл. 501 1/44, 1989, Бюл. Мо3б)|, який містить два зустрічно ввімкнених фотодіода, перший конденсатор і індуктивний елемент, підключений паралельно фотодіодам, аноди яких з'єднані, при цьому катод першого фотодіода підключений до першого виводу першого конденсатора, другий вивід якого підключений до загальної шини пристрою, причому в нього введені МДН-транзистор, другий конденсатор, джерело напруги, в подальшому джерело постійної напруги, і резистор, а індуктивний елемент виконаний у вигляді реактивногоA sensor of thermal and optical radiation was chosen as the prototype (Author's certificate of the USSR Mo1511601, cl. 501 1/44, 1989, Byul. Mo3b) | which contains two counter-switched photodiodes, the first capacitor and an inductive element connected in parallel with the photodiodes, the anodes of which are connected, while the cathode of the first photodiode is connected to the first terminal of the first capacitor, the second terminal of which is connected to the common bus of the device, and an MDN transistor, a second capacitor, a voltage source, then a constant voltage source, and a resistor are inserted into it, and the inductive element is made in the form of reactive

МДН-фототранзистора, в подальшому МДН-фототранзистор, причому катод першого фотодіода підключений до витоку реактивного МДН-фототранзистора, катод другого фотодіода підключений до першого виводу резистора, витоку МДН-транзистора і стоку реактивного МДН-фототранзистора, затвор якого підключений до стоку і затворуMDN phototransistor, hereinafter MDN phototransistor, and the cathode of the first photodiode is connected to the drain of the reactive MDN phototransistor, the cathode of the second photodiode is connected to the first output of the resistor, the drain of the MDN transistor and the drain of the reactive MDN phototransistor, the gate of which is connected to the drain and the gate

МДН-транзистора, першого виводу другого конденсатора і першого полюсу джерела постійної напруги, другі виводи другого конденсатора, резистора і другий полюс джерела постійної напруги підключений до загальної Я шини. чаMDN transistor, the first terminal of the second capacitor and the first pole of the constant voltage source, the second terminals of the second capacitor, resistor and the second pole of the constant voltage source are connected to the common I bus. Cha

Недоліком такого пристрою є мала чутливість, особливо в області малих величин оптичного випромінювання, тому що при цьому різко знижується швидкість оптичної генерації носіїв заряду. Ме,The disadvantage of such a device is low sensitivity, especially in the area of small amounts of optical radiation, because the rate of optical generation of charge carriers is sharply reduced. Me,

В основу корисної моделі поставлена задача створення мікроелектронного вимірювача оптичного -- випромінювання, в якому за рахунок введення нових елементів та зв'язків між ними досягається можливість 3о розширення функціональних можливостей, що призводить до підвищення чутливості і точності вимірювання со оптичного випромінювання.The basis of a useful model is the task of creating a microelectronic optical radiation meter, in which, due to the introduction of new elements and connections between them, the possibility of expanding the functional capabilities is achieved, which leads to an increase in the sensitivity and accuracy of optical radiation measurement.

Поставлена задача досягається тим, що в мікроелектронний вимірювач оптичного випромінювання, який містить перше джерело постійної напруги, МДН-фототранзистор, два конденсатора, резистор, МДН-транзистор, « загальну шину, причому затвор, МДН-фототранзистора підключений до першого полюса першого джерела постійної напруги, а стік МДН-транзистора підключений до другого виводу резистора, другий вивід другого т с конденсатора і другий полюс першого джерела постійної напруги підключені до загальної шини, введено з» біполярний транзистор 3, друге джерело постійної напруги 8, причому МДН-фототранзистор 2 виконано з непрозорим затворним електродом із алюмінію (Ат), у якого зі зворотної сторони підкладки під областю каналу виконані глибокі пази, площа перерізу кожного з яких А задовольняє наступне співвідношення: А «5/п, де З - площа канала, п - число пазів, причому перший полюс першого джерела постійної напруги 1 з'єднаний з со непрозорим затворним електродом із АТ МДН-фототранзистора з непрозорим затворним електродом із А1 2, стік - якого підключений до першого виводу першого конденсатора 4, затвору МДН-транзистора 5 і бази біполярного транзистора З, яка утворює першу вихідну клему, при цьому витік МДН-фототранзистора з непрозорим ре) затворним електродом із АТ 2 з'єднаний з емітером біполярного транзистора З, а другий вивід першого -І 20 конденсатора 4 з'єднаний з підкладкою МДН-транзистора 5 і першим виводом резистора 6, а другий вивід резистора 6 з'єднаний з стоком МДН-транзистора 5, першим виводом другого конденсатора 7 і першим полюсом їз» другого джерела постійної напруги 8, при цьому другий полюс другого джерела постійної напруги 8 підключений до другого виводу другого конденсатора 7, колектора біполярного транзистора З і другого полюсу першого джерела постійної напруги 1, які утворюють загальну шину, до якої підключена друга вихідна клема. 29 На кресленні подано схему мікроелектронного вимірювача оптичного випромінювання (Фіг.). с Мікроелектронний вимірювач оптичного випромінювання містить перше джерело постійної напруги 1,The task is achieved by the fact that in the microelectronic optical radiation meter, which contains the first source of constant voltage, the MDN phototransistor, two capacitors, a resistor, the MDN phototransistor, the common bus, and the gate of the MDN phototransistor is connected to the first pole of the first source of constant voltage , and the drain of the MDN transistor is connected to the second terminal of the resistor, the second terminal of the second ts capacitor and the second pole of the first source of constant voltage are connected to the common bus, a bipolar transistor 3, the second source of constant voltage 8 is introduced, and the MDN phototransistor 2 is made of an opaque gate electrode made of aluminum (At), in which deep grooves are made on the reverse side of the substrate under the channel region, the cross-sectional area of each of which A satisfies the following ratio: A «5/n, where Z is the area of the channel, n is the number of grooves, and the first pole of the first source of constant voltage 1 is connected to an opaque gate electrode with an AT MDN phototransistor made of opaque m gate electrode with A1 2, the drain of which is connected to the first terminal of the first capacitor 4, the gate of the MDN transistor 5 and the base of the bipolar transistor Z, which forms the first output terminal, while the leakage of the MDN phototransistor with an opaque re) gate electrode with AT 2 connected to the emitter of the bipolar transistor C, and the second terminal of the first -I 20 of the capacitor 4 is connected to the substrate of the MDN transistor 5 and the first terminal of the resistor 6, and the second terminal of the resistor 6 is connected to the drain of the MDN transistor 5, the first terminal of the second capacitor 7 and the first pole of the second constant voltage source 8, while the second pole of the second constant voltage source 8 is connected to the second terminal of the second capacitor 7, the collector of the bipolar transistor C and the second pole of the first constant voltage source 1, which form a common bus, to to which the second output terminal is connected. 29 The drawing shows a scheme of a microelectronic optical radiation meter (Fig.). c The microelectronic optical radiation meter contains the first constant voltage source 1,

МДН-фототранзистор з непрозорим затворним електродом із А7 2, біполярний транзистор 3, причомуMDN phototransistor with opaque gate electrode with A7 2, bipolar transistor 3, and

МДН-фототранзистор 2 виконано з непрозорим затворним електродом із АТ, у якого зі зворотної сторони підкладки під областю каналу виконані глибокі пази, площа перерізу кожного з яких А задовольняє наступне бо співвідношення: А«5/п, де 5- площа канала, п - число пазів, перший конденсатор 4, МДН-транзистор 5, резистор 6, другий конденсатор 7, друге джерело постійної напруги 8, причому перший полюс першого джерела постійної напруги 1 з'єднаний з непрозорим затворним електродом із АТ МДН-фототранзистора з непрозорим затворним електродом із А7 2, стік якого підключений до першого виводу першого конденсатора 4, затворуMDN phototransistor 2 is made with an opaque gate electrode made of AT, in which deep grooves are made on the reverse side of the substrate under the channel region, the cross-sectional area of each of which A satisfies the following ratio: A«5/n, where 5 is the area of the channel, n - the number of grooves, the first capacitor 4, the MDN transistor 5, the resistor 6, the second capacitor 7, the second constant voltage source 8, and the first pole of the first constant voltage source 1 is connected to an opaque gate electrode with an AT MDN phototransistor with an opaque gate electrode with A7 2, the drain of which is connected to the first output of the first capacitor 4, the gate

МДН-транзистора 5 і бази біполярного транзистора З, яка утворює першу вихідну клему, при цьому витік бо МДН-фототранзистора з непрозорим затворним електродом із Аї 2 з'єднаний з емітером біполярного транзистора 3, а другий вивід першого конденсатора 4 з'єднаний з підкладкою МДН-транзистора 5 і першим виводом резистора 6, а другий вивід резистора б з'єднаний з стоком МДН-транзистора 5, першим виводом другого конденсатора 7 і першим полюсом другого джерела постійної напруги 8, при цьому другий полюс другогоof the MDN transistor 5 and the base of the bipolar transistor Z, which forms the first output terminal, while the leakage of the MDN phototransistor with an opaque gate electrode from Ai 2 is connected to the emitter of the bipolar transistor 3, and the second terminal of the first capacitor 4 is connected to the substrate of the MDN transistor 5 and the first terminal of the resistor 6, and the second terminal of the resistor b is connected to the drain of the MDN transistor 5, the first terminal of the second capacitor 7 and the first pole of the second constant voltage source 8, while the second pole of the second

Джерела постійної напруги 8 підключений до другого виводу другого конденсатора 7, колектора біполярного транзистора З і другого полюсу першого джерела постійної напруги 1, які утворюють загальну шину, до якої підключена друга вихідна клема.The constant voltage source 8 is connected to the second output of the second capacitor 7, the collector of the bipolar transistor C and the second pole of the first constant voltage source 1, which form a common bus to which the second output terminal is connected.

Мікроелектронний вимірювач оптичного випромінювання працює таким чином. В початковий момент часу оптичне випромінювання не діє на МДН-фототранзистор з непрозорим затворним електродом із А1 2. 7/0 Підвищенням напруги першого джерела постійної напруги 1 і другого джерела постійної напруги 8 до величини, коли на електродах стоку МДН-фототранзистора з непрозорим затворним електродом із АТ 2 і колектора біполярного транзистора З виникає від'ємний опір, який приводить до виникнення електричних коливань в контурі, який утворений паралельним включенням повного опору з ємнісним характером на електродах стік -колектор МДН-фототранзистора з непрозорим затворним електродом із А1 2 і біполярного транзистора З та /5 повного опору з індуктивним характером, який утворений зсувом фази електричного кола конденсатора 4 і резистора б, що існує на електродах витік - стік МДН-транзистора 5. Конденсатор 7 запобігає проходженню змінного струму через друге джерело постійної напруги 8. При наступній дії оптичного випромінювання наA microelectronic optical radiation meter works as follows. At the initial moment of time, optical radiation does not act on the MDN phototransistor with an opaque gate electrode with A1 2. 7/0 By increasing the voltage of the first source of constant voltage 1 and the second source of constant voltage 8 to the value when on the drain electrodes of the MDN phototransistor with an opaque gate electrode from AT 2 and the collector of the bipolar transistor Z, a negative resistance arises, which leads to the occurrence of electrical oscillations in the circuit, which is formed by the parallel inclusion of a total resistance with a capacitive nature on the drain-collector electrodes of the MDN phototransistor with an opaque gate electrode from A1 2 and the bipolar transistor C and /5 of the total resistance with an inductive nature, which is formed by the phase shift of the electric circuit of the capacitor 4 and the resistor b, which exists on the electrodes of the leakage - the drain of the MDN transistor 5. The capacitor 7 prevents the passage of alternating current through the second source of constant voltage 8. In the following action optical radiation on

МДН-фототранзистор з непрозорим затворним електродом із А1 2, змінюється ємнісна складова повного опору на електродах стік - колектор МДН-фототранзистора з непрозорим затворним електродом із А1 2 і біполярного 2о транзистора З, а це викликає ефективну зміну резонансної частоти коливального контуру.MDN phototransistor with an opaque gate electrode with A1 2, the capacitive component of the total resistance changes on the drain electrodes - the collector of the MDN phototransistor with an opaque gate electrode with A1 2 and bipolar 2o transistor Z, and this causes an effective change in the resonant frequency of the oscillating circuit.

Claims

The formula of the invention is a microelectronic optical radiation meter containing a first source of constant voltage, an MDN phototransistor, two capacitors, a resistor, a MDN transistor, a common bus, and the gate of the MDN phototransistor is connected to the first pole of the first source of constant voltage, and the drain of the MDN transistor connected to the second terminal of the resistor, the second terminal of the second capacitor and the second pole of the first source of constant voltage are connected to the common bus, which differs in that a bipolar transistor, the second source of constant voltage, is introduced, and the MDN phototransistor is made with an opaque gate electrode made of aluminum, in which, on the reverse side of the substrate under the area of the channel, deep grooves are made, the cross-sectional area of each of which A satisfies the following ratio: A « 5/n, where 5 is the area of the channel, n is the number of grooves, and the first pole of the first source of constant voltage with connected to the opaque gate electrode of the MDN phototransistor made of aluminum, the drain of which is connected connected to the first terminal of the first capacitor, the gate of the MDN transistor and the base of the bipolar transistor, which forms the first output terminal, while the leakage of the MDN phototransistor with an opaque gate electrode made of aluminum is connected to the emitter of the bipolar transistor, and the second terminal of the first capacitor connected to the substrate of the MDN transistor and the first terminal of the resistor, and the second terminal of the resistor is connected to the drain of the MDN transistor, the first terminal of the second capacitor and the first pole of the second source of constant voltage, while the second pole of the second source of constant voltage is connected to the second output of the second capacitor, the collector of the bipolar З7З transistor and the second pole of the first constant voltage source, which form a common bus to which the second output terminal is connected. with with - (Se)

- ch s 60 b5