Устройство для измерения характеристик лавинного фотодиода Советский патент 1983 года по МПК G01R31/26 

Изобретение отирсится к измерительной технике и может быть исполь зовано для измерения характеристик лавинного фотодиода. По основному авт.св. W 532064 из вестно устройство для измерения характеристик лавинного фотодиода, содержащее генератор пилообразных импульсов, подключенный к осцилло-/ графу и шине для подключения испытуе мого лавинного фотодиода, оптически связанного с источником излучения и соединенного другой шиной с источни ком постоянного напряжения, в котором генератор импульсных сигналов соединен с источником излучен,я, вы полненным в виде светодиода, а к третьей шине для подключения исследуемого лавинного фотодиода подключены последовательно соединенные фильтр верхних частот,.аттенюатор и широкополосный усилитель, соедине ный выходом с вторым входом осцилло графа. Устройство позволяет регистрировать на экране осциллографа, который используется в качестве регистрирующего прибора, характеристику зависимости фототока лавинного фотодиЪда от напряжения. При соответствуюцем выборе чувствительности усилителя вертикального отклонения осциллограф устройство позволяет также наблюдать и измерять на экране осциллографа в выбранном масштабе непосредственно рсарактеристику зависимости коэффициента умножения от напряжения , , Однако известное устройство обда дает низкой производительностью измерений. Это связано с тем, что в качестве регистрирующего прибора устройства может быть использован только осциллограф с достаточно широкой полосой пропускания, причем непосредственное наблюдение характеристики на экране обеспечивается при помощи ручной регулировки чувствительн ости усилителя вертикально го отклонения осциллографа в процес се измерений. Из-за различного значения предпробойного фототока испытуемых диодов Ксшибровку чувствител ности усилителя вертикального откло нения осциллографа необходимо произ водить перед проведением измерения каждого образца, что увеличивает тру доемкость измерений. К недостаткам данного устройства аледует также отнести низкую точност измерений, которая связана с тем,что выходное напряжение.широкополосного усилителя устройства представлено в неудобной для регистреидии сигнала форме высокочастотных амплитудно-модулированных синусоидальных колебаний, из-за чего фотоэлектрические характеристики диодов наблюдаются на экране осциллографа не как отдель ные огибающие фотоимпульсов, -п как 1раничные кривые светящегося поля экрана осциллографа. По этой же причине затруднительно или невозможно измерять релаксирующие фотоэлектрические характеристики диодов, что представляется вгшным при изучении механизма микроплазменного пробоя. Цель изобретения - повьааение точности измерений. Поставленная цел достигается тем, что в устройство для измерения характеристик лавинного фотодиода, содержащее генератор пилообразных импульсов, подключенный к осциллографу и шине для подключения испытуемого лавинного фотодиода, оптически связанного с источником излучения и- соединенного другой шиной с источником постоянного напряжения, в котором генератср импульсных сигналов соединен с источником излучения , выполненным в виде светодиода, а к третьей шине для подключения исследуемого лавинного фотодиода подключены последовательно соединенные фильтр верхних частот, аттенюатор и широкополосный усилитель, введен блок обработки сигнала, выполненный в виде селективного детектора, блока деления и блока запоминания, причем управляющий вход блока запоми-т нания присоединен к дополнительному выходу генератора пилообразных импульсов, информационный вход соединен с выходом селективного детектора и первым входом блока деления, подключенного вторым входом к выходу блока запоминания, а выходом - к второму входу осциллографа, причем вход селективного детектора соединен с выходом широкополосного усилителя. На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство содержит генератор 1 пилообразных импульсов, снабженный дополнительным выходом, источник 2 постоянного напряжения, источник 3 излучения, выполненный в виде высокочастотного светодиода, соединенный с ним генератор 4 игтульсных сигналов, последовательно соединенные фильтр 5 верхних частот, аттенюатор 6 и широкополосный усилитель 7. К выходу последнего подключен блок 8 обработки сигнала, выполненный в виде селективного детектора 9, блок 10 деления и.блок 11 запоминания, причем вход селективного детектора 9, являющийся входом блока 8 обработки сигнала, соединен с выходом широкополосного усилителя 7, а его выход - с первым входом блока 10 деления и информационным входом блока 11 запоминания, управляющий вход которого присоединен к дополнительному выходу генератора 1, а его выход - к второму входу блока 10 деления, сое- . диванного своим выходом, который яв-ляется выходом блока 8, с входом вер тикального отклонения осциллографа 1,2. Вход горизонтального отклонения осциллографа 12 соединен с выходом генератора 1 пилообразных импульсов, Фильтр 5 верхних частот соединен с шиной для подключения испытуемого лавинного фотодиода 13, к другой шине для подключени/i которого присоеди нен источник 2 постоянного напряжени и генератор 1 пилообразных импульсов Фотодиод 13 оптически связан с источ ником 3 излучения, соединенным с генератором 4 сигналов высокой час тоты. Устройство работает следующим образом. В начальный момент генератор 1 пи лообразных импульсов напряжения находится в ждущем состоянии. На измеряемый лавинный фотодиод 13 от источ ника 2 подается постоянное напряжение, близкое к лавинному, и по цепи фотодиода протекает темнрвой ток. Пр подаче на высокочастотный светодиод от генератора 4 импульсных сигналов тока высокой частоты на темновой ток -фотодиода 1акладываются высокочастот ные импульсы фототока, которые вместе с темновыг- током поступают на фильтр 5 верхних частот. Фильтр 5 верхних частот отфильтровывает темно вую составляющую и пропускает на вход аттенюатора 6 только высокочастотные импульсы фототока. Импульс фототока после усиления широкополосным усилителем 7 поступают на вход блока 8 (на вход селективного детектора 9), где происходит преобразование их амплитуды в постоянное напряжение. С выхода селективного детектора 9 напряжение, пропорциональное фототоку Лавинного фотодиода, поступает на первый вход блока 10 деления и одновременно через блок 11 запоминания на второй вход блока 10 деления. Поскольку напряжения, поступаюjiUHe на входы блока 10, равны, его вы ходное напряжение представляет собой некоторое постоянное значение, соответствующее коэффициенту умножения ., После включения генератора 1 пилообразные импульсы напряжения низкой частоты переводят фотодиод в лавинный режим. Одновременно с включением генератора 1 на его дополнительном выходе появляется управляющий сигнал, который переводит блок 11 запоминания в режим хранения.При этом выходное напряжение селективного детектора 9 изменяется пропорционально изменению фототока лавинного фотодиода под действием пилообразного напряжения, а выходное напряжение блока 11 запоминания, поступающее на второй вход блока 10 деления, остается неизменным и пропорциональным фототоку диода до наступления пробоя. Таким образом, с выхода блока 10 де- ления снимается напряжение, пропорциональное отношению лавинного фототока диода к предпробойному фототоку, что по определению соответствует коэффициенту умножения М. Это напряжение поступает на вход вертикального отклонения {вход У осциллографа 12, на вход х которого поступает напряжение с выхода генератора 1 пилообразного напряжения. На экране осциллографа наблюдается непосредственно характеристика зависимости коэффициента умножения лавинного фотодиода от напряжения на нем. При этом не требуется дополнительной калибровки чувствительности осциллографа, как это имеет место в известном устройстве, и устраняется сшибка измерения, связанная с калибровкой. После выключения генератора 1 пилообраз ого Напряжения на его дополнительном выходе устанавливается сигнал, который переводит блок 11 запоминания в режим выборки; а устройство для измерения характеристик автоматически переходит в режим готовности измерения следугацего образца. I Если частоту следования импульсов генератора пилообразного напряжения выбрать достаточно низкой, устройство позволяет -не только наблюдать характеристику на экране осциллографа, но и производить автоматическую запись характеристики на двухкоординатном самопишущем потенциометре. При этом . повышается точность и разрешающая способность устройства и экономится время, затрачиваемое на построение графика зависимости вида М f (U) по точкам, измеряемым на экране осциллографа. В среднем на построение графика одной зависимости по точкам требуется около 5-10 мин, в то время как в предлагаемом устройстве для за-. писи характеристики на двухкоординатном самопишущем потенциЬме.тре требуется не более 1 мин. Таким образом, .за счет выделения из общего фототока диода предпробойной составляющей фототока, ее запоминания и последующего деления лавинного фототока диода . на ее предпробойную составляющую обеспечивается возможность непосредственного измерения характеристики зависимости коэффициента умножения лавинного фотодиода от напряжения путем автоматической записи характеристики на двухкоординатном самопишущем потенциометре или путем ее наблюдения на экране осциллографа. При

51051470

этом не требуется ручной калибровки вестном устройстве, и, следовательно, чувствительности осциллографа перед растет точность и производительность, измерением, как это имеет место в из- измерений.

УСТРОНСТЮ ДЛЯ ИЗГ-ШРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ЛАВИННОГО ФОТОДИОДА ПО авт.св. № 532064, отличающееся тем, что, с цельп повьлиения точности, в него введен блок обработки сигнала, выполненный в виде селективного детектора, блока деления и блока запоминания, причем управляющий вход блока запоминания присоединен к дополнительному выходу генератора пилообразных импульсов, информационный вход соединен с выходом селективного детектора и первым входом блока деления, подключенного вторым входом к выходу блока запоминания, а выходом - к BTopor iy входу осциллографа, причем вход селективного детектог ра соединен с выходом широкополосного усилителя. сл с: