Фотоприемник с регулировкой коэффициента усиления Советский патент 1984 года по МПК H01J40/12 

Изобрете ие относится к электронной технике и может быть использован для преобразования быстроменяющихся световых потоков с большим динамическим диапазоном в электрические сигналы, ршпример, в лазерных локато рах. Известен фотоприемник с временной регулировкой коэффициента усиления, содержащий фотоэлектронный умножитель, блок питания с делителем напряжения, генератор управляющего напряжения и блок синхронизации. Делитель напряжения образован сложной цепью, с помощью которой на все элек троды подаются постоянные потенциалы устанавливающие пониженное значение коэффициента усиления ФЭУ. При этом фотокатод, фокусирующий электрод и все нечетные электроды (диноды) умножительной системы, последовательно зашунтированы емкостями на землю, и нечетные электроды образуют электроды со стационарными потенциалами. Четные электроды последовательно сое динены между собой и с генератором управляющего напряжения разделительными емкостями. Причем разделительные емкости подключены к четным элек тродам через два последовательно сое диненных резистора, а общая точка резисторов подключена к цепи, образующей делитель напряжения ФЭУ. При регистрации световых потоков импульс с генератора управляющего напряжения изменяет потен101алы на четных электродах, увеличивая коэффициент усиления по требуемому временному закону Ul. Однако прохождение импульса напряжения по цепи четный электрод делитель напряжения ФЭУ изменяет потенциалы на нечетных электродах, т.е. на электродах со стационарными потенциалами, и приводит к изменению коэффициента усиления. Кроме того, протекание через .ФЭУ сигнального тока приводит к тому, что подпитывакщий ток динода протекает через резистор, соединяющий электрод с нестащюнарным потенциалом, и делитель напряжения, вызывая на нем падение на1фяжения. Это падение напряжения на резисторе в свою очередь изменяет потенциал электрода с неста ционарным потенциалом в зависимости от протекания сигнального токачерез ФЭУ. Таким образом, в ФЭУ возникает обратная связь, нарушающая необходимый в1 еменной закон изменения коэффициента усиления. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является фотоприемник с временной регулировкой коэффициента усиления, в котором делитель напряжения ФЭУ образован последовательно соединеннымирезисторами, при этом каждый электрод с нестационарным потенциалом подключен через резистор либо к предьдущему, либо к последующему электродам со стационарными потенциалами t23. Однако и в этом случае прохождение импульса управляющего напряжения через резистор смещения и шунтирукнцие емкостиэлектродов со стационарными потенциалами приводит к изменению потенциалов электродов со стационарными потенциалами. Так, для приведенных номиналов элементов потенциалы электродов со стационарными потенциалами под воздействием импульса уп авляющего напряжения изменяются на 0,3-1,5 В, что в свою очередь изменяет установленный коэффи1щент усиления ФЭУ. Кроме того, по одному и тому же резистору смещения протекает ток управляющего напряжения и подпитывакиций ток электрода. Направление тока зависит от полярности импульса управляющего напряжения и для положительной полярности, т.е. когда каждый электрод с нестационарным потенциалом .подключен к предыдущему электроду со стационарным потенциалом, направления токов совпадают. Таким образом, увеличение светового потока приводит к эквивалентному увеличению подпитывающего тока электрода с нестационарным потенциалом, увеличению падения напряжения на резисторе смещения, увеличению потенциала на электроде и, как следствие, к увеличению коэффициента ФЭУ. Когда казщый электрод с нестационарным потенциаломПодключен через резистор смещения к последующему, считая от фотокатода, электроду со стационарным потенциалом, увеличение светового потока на фотокатоде приводит к уменьшению коэффициента уси-г . ления ФЭУ, что снижает точность измерения светового потока в каждый момент времени. Причем наибольшее паразитное действие оказывает посто31янный световой поток, например фоно-, вое излучение. При большом уровне засветви временной закон изменения коэффициента усиления нарушается за счет изменения начальных потенциалов электродов с нестационарными потенциалами, что является недостатком устройства. Целью изобретения является увели,чеиие точности регулирования коэффициента усиления ФЭУ. Указанная цель достигается тем, что в фотоприемнике с регулировкой коэффициента усиления, содержащем фотоэлектронный умножитель с электродами стационарного и нестационарно го потенциалов, блок питания с дели телем напряжения, блок синхронизации и блок генератора управляющего напряжения, причем электроды со стационарными потенциалами последовательно соединены через резисторы, зашунтированные eмкocтя вi с полюсами блока питания, а электроды с нестационарными потенциалами соединены постедовательно между собой разделительными емкостями и подключены чере емкость к выходу блока генератора уп равляющего напряжения, вход которого соединен с выходом блока синхронизации, в цепь питания электродов с нестационарными потенциалами введены резисторы и диод, причем резисторы подключены параллельно разделительны емкостям, а анод диода соединен с ближайшим к фотокатоду электродом с не тёционарным потенциалом, катод диода соединен через емкость с положительным полюсом блока питания и со средней точкой потен1Щрметра, включенного мезвду предьиуинм и после дующим электродами со стационарными потенциалами относительно ближайщего к фотокатоду электрода с нестащюнар ным потенциалом, а ближайший к аноду электрод с нестационарным потенциалом через параллельно соединенные резис. тор и разделительную емкость подключен к резистору, присоединенному.к положительному полюсу блока питания. Разбиение схемы делителя на две обособленные для электродов со стационарными и нестационарными потен1щалани, при котором ветвь делите ля для электродов с нестационарными потен1щапами подключен к другой ветви через диод, который запирается при подаче импульса управлякицего HanpiqEe 0 равляющего напряжения на электроды со стационарными пoтeнциaлa ш. В отличие от известного устройства, где в качестве нагрузки для генератора управляющего напряжения использовались резисторы смещения, выполняемые высокоомными для уменьшения влияния управляющего импульса на электроды со стахдюнарными потенциалами, роль нагрузки выполняет последнее звено ветви делителя для электродов с нестационарными потенциалами, которое может быть выполнено низкоомным, при этом влияние обратной связи по сигнальному току ФЭУ будет незначительным. Фотоприемник может находиться в исходном состоянии как с максимальным коэффициентом усиления, так и с минимальным. Соотношение величин резисторов обеих ветвей выбирают такими, чтобы в исходном состоянии разности потенциалов между парами соседних однородных электродов (т.е. между соседними электродами со стационарными или нестационарными потенциалами) были близки по величине. Исходная величина коэффициента усиления фотоприемника устанавливается с помощью потенциометра и суммарного сопротивления пары резисторов, включенных последовательно между последним электродом с нестационарным потенциалом и плюсовым полюсом блока питания. Если все электроды с нестационарными потенциалами находятся под потенциалами, равными средней величине между потенциалами соседних электродов со стационарными потен1щалами, что обеспечивает максимальное усиление ФЭУ (в случае несимметричной зависимости коэффициента усиления какого-либо электрода от распределения потенциало1з устанавливается необходимое распределение потенциалов с помощью соотношения величин сопротивлений звеньев делителя), то при подаче импульса управлякицего напряжения отрицательной полярности Коэффициент усиления умножителя будет уменьшаться за счет изменения потенциалов. Если каждый из электродов с нестационарными потенциалами в исходном состоянии находится под потенциалом последующего электрода со стационарным потенциа-лом, коэффициент усиления умножителя. минимален и отрицательный импульс управляющего напряжения увеличивает его. На чертеже приведена структурная схема фотоприемника с регулировкой коэффициента усиления, Фотоприемник содержит фотоэлектронный умножитель 1,- блок 2 питания блок 3 генератора управляющего напряжения, блок 4 синхронизации и делитель напряжения, образованный резисторами 5-9, потенциометром 10 и диодом 11. При этом к фотокатоду ФЭУ 1 подключен отрицательный полюс источника 2 питания и последующие от фотокатода электроды со стационарным потенциалом подключены к блоку 2 питания последовательно через резисторы 5. Последующие электроды со стационарными потенциалами подключены к ветви делителя, образо ванной потенциометром 10 и, резисторами 6 и 7. Все резисторы, от котор запитываются электроды со стационарными потенциалами, зашунтированы емкостями 12. Ветвь делителя, от которой запитываются электроды с нестационарными потенциалами, образована диодом 11, резисторами 6, 8 и 9. При этом для передачи импульса управляющего напряжения к электродам с нестационарными потенциалами от генератора 3 управляющего напряжения используются разделительные емкости 13, а резистор 9 служит для генератора 3 нагрузкой. Емкость 14 соединяет анод диода 11 с положительным полюсом источника 2 питания. Фотоприемник работает следующим образом. В момент начала регистрации све тового потока блок 4 синхронизации запускается опорным импульсом и вы рабатывает импульс синхронизации, запускающий в свою очередь блок 3 генератора управляющего напряжения который формирует импульс напряжени отрицательной полярности. Этот импульс через разделительные емкости 13 смещает потенциалы электродов с нестационарными потенциалами до зн чений, близких к потенциалам, обеспечивающим максимальный коэффициент усиления умножительной системы. Дио 11 при этом запирается и импульс управлякидего напряжения на ветвь де лителя для электродов со стационарНЫШ1 потенциалами не поступает. Световой поток, поступающий на фотокатод, преобразуется в поток фотоэлектронов и усиливается до максимально возможного значения. Емкости 12 и 13 при этом являются подпитывающими для тока, протекающего через фотоумножитель. По окончании импульса управляющего напряжения диод 11 отпирается и на электродах устанавливаются потенциалы, обеспечивающие минимальный коэффициент усиления умножителя. В случае формирования импульса управляющего напряжения с пологим передним фронтом коэффициент усиления фотоумнож;ителя может изменяться по временному закону. Таким образом, разбиение делителя напряжения в предлагаемом фотоприемнике на две ветви позволяет исключить воздействие управляющего импульса на электроды со стационарными потенциалами и исключить искажение величины коэффициента усиления ФЭУ за счет обратной связи на резисторах смещения. При этом точность задания коэффициента усиления фотоприемника повьшается. Испытания макетного образца фотоприемника на ФЭУ типа ФЭУ-87 с предлагаемой схемой делителя напряжения, в которой резисторы 5 равны 100 кОМ резисторы 6 - 400 кОм, резисторы 7 200 кОм, резистор 8 - 350 кОм, резистор 9-30 кбм, потенциометр 10 200 кОм, емкости 12 и 13 - поО,47мкФ, емкость 14 - 0,15 мкФ, и имеется диод 11 типа КД105, показали, что изменение коэффициента усиления под воздействием управляющего импульса отрицательной полярности с амплитудой 120 В составляет более 5-10 при этом изменение светового потока не вызывает изменения коэффициента усиления ФЭУ. Изменение потенциалов на электродах со стационарными потенциалами не превышает и вызвано прохождением импульса по -паразитным емкостям электродов ФЭУ. Описанный фотоприемник с регулировкой коэффициента усиления найдет применение при регистрации быстроменяющихся световых потоков с большим динамическим диапазоном. Например применение его в метеорологическом лазерном локаторе позволит повысить

точность регистрации обратно рассеянного сигнала как в аналоговом, так и в счетном режимах измерений.

10940908

что позволит пйпучать более достоверную информацию об окружающей среде.

ФОТОПРИЕМНИК С РЕГУЛИРОВКОЙ КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ, содержащий фотоэлектронный умножитель с электродами стационарного и неста1щонариого потенциалов, блок питания с делителем напряжения, блок синхронизации и блок генератора управляющего напряжения, причем электроды со стационарными потенциалами последовательно соединены через резисторы, зашунтированные емкостями с полюсами блока питания, а электроды с нестационарными потенциалами соединены последовательно между собой разделительными емкостями и подключены через емкость к выходу блока генератора управляющего напряжения, вход которого соединен с выходом блока син-, хронизации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования коэффициента усиления, в цепь питания электродов с нестационарными потенциалами введены резисторы и диод, причем резисторы подключены параллельно разделительным емкостям, а -анод диода соединен с ближайшим к фотокатоду электродом § с нестационарным потенциалом, катод диода соединен через емкость с положительньш полюсом блока питания и со средней точкой потенциометра, включенного между предьадущим и 2 С последующим электродами со стационарными потенциала14И относительно ближайшего к фотокатоду электрода с нестационарным потенциалом, а ближайший к аноду электрод с нестацио:о 1 нарным потенциалом через параллельно соединенные резистор и разделительО ную емкость подключен к резистору, со присреда1ненному к положительному полюсу блока питания.

fftt It