Фотоприемник Советский патент 1986 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к технике измерений света и может найти применение при измерениях света с высоким амплитудным разрешением в условиях флуктуации температуры окружаю щей среды.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый фотоприемник; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - электрическая схема фотоприемника.

Фотоприемник содержит фотодиод теплопррводящую подложку 2, операционные усилители 3 и 4, термодатчик

5в виде транзистора, нагреватели

6(они же транзисторы), блок 7 резисторов, содержащий резисторы, R, Rj,, R, R, три из которых R., R, Rj образуют регулятор уровня нагрева, а четвертый R представляет собой сопротивление обратной связи

;операционного усилителя 3, блок 8 коммутации, входы 9 и 10 питания, выход 1 сигнала, токопроводящую подложку 2, металлический цилиндр 13, служащий электростатическим экраном теплоизолирующий экран 14, общую шину }5. При этом фотодиод 1 имеет фоточувствительную площадку )6.

Фотоприемник работает следующим образом.

Световое излучение поступает на фотоприемную поверхность 16 фотодиода 1, вследствие чего через фотодиод протекает фототок i, который усиливается операционным усилителем 3 и представляет собой измеряемый сигнал. Выходное напряжение U(T)...,,, фоDVI л

топриемника записывается в следующем виде

,срт ,(T) R +

« u(T),,,, (1)

где KOJ(T) - зависящий от температуры Т коэффициент чувствительности фотодиода к излучению, K,(T) - коэффициент, характериз тощий зависимость сопротивления цепи обратной связи R усилителя от температуры, i., - тем- новой фототок, протекаюЕцда через фотодиод в отсутствие света, iUCT)) слагаемое, характеризующее зависящий от температуры дрейф выходного сигнала операционного усиличаеля

1229391

гф и(Т),,, - aU(T)

Ч

Bbt)f

-К,(Т) ,(Т)К,----1----(2)

т к t

При включении питающих напряжений в диагонали моста, образованного резисторами R, R,, Rg и р-п-перехо- дом термодатчика 5 появляется разбаланс напряжений, который усиливается операционным усилителем 4 и поступает на нагреватели (транзисторы) 6, что приводит к увеличению их коллекторного тока. Выделяющаяся в нагреваталях 6 мощность передается тепло- проводящей подложке 2, с которой они находятся в тепловом контакте, нагревая тем самым все расположенные на подложке элементы. Повьпление температуры на термодатчике 5 уменьшает падение напряжения на нем, вследств- вие чего разбаланс на входе операционного усилителя 4 уменьшается, что вызывает уменьшение тока через нагреватели 6. Подводимая к теп- лопроводящей подложке 2 мощность уменьшается, причем уменьшение мощности происходит до тех пор, пока не установится баланс между подводимой к теплопроводящей подложке и отводимой от нее мощностью. При этом теплопроводящая подложка 2 нагревается до температуры, определяемой напряжением на делителе, образованном

резисторами R и R. Эта температура Tjj выбирается выше возможных изменений температуры окружающей среды Т . При изменении Т,, а следовательно , и температуры подложки Т„, на

входе операционного усилителя 4 снова появляется разбаланс напряжений, по- кольку термодатчик 5 находится в тепловом контакте с теплопроводящей подложкой. Вследствие этого по описанному механизму происходит нагрев или охлаждение теплопроводящей подложки 2 до тех пор, пока не будет выполнено условие Tj TQ, т.е. обеспечивается термостабилизация теплопроводящей подложки 2, а, следовательно, и (Т), Кд(Т), uU(T),, поскольку ф - тодиод 1 , операционный усилитель 3 и резистор (сопротивление) R1 находятся в те пловом контакте с теплопроводящей подложкой 2.

Номиналы резисторов в устройстве подбираются следующим образом.

R, выбирают в диапазоне от

м - -тах n/ mi n 2 выбирают равным R, а Rj определяют из соотношения , Ец/и -1, где величина напряжения между первым полюсом источника тока питания и общей шиной и - соответственно минимальная и максимальная величи на тока через р-п-переход термодатчи ка 5, при котором он работает стабильно, Ug - разность потенциалов на р-п-переходе термодатчика 5, измеренная предварительно при нагреве термодатчика до рабочей температуры фотоприемника, которая выбирает ся не меньшей максимальной возможной температуры за время проведения измерений. Большинство термодатчиков работает стабильно при рабочих токах от 1„, 10 мкА, до 1 10 мА. При величине тока менее сказываются токи утечки, при величине тока более 1(,к заметно вли яние разогрева самого термодатчика.

R, выбирают равным Rj, так как это симметризует условия на обоих входах дополнительного операционного усилителя 4.

Формула изобретения Фотоприемник, содержащий фотодиод и операционный усилитель, охваченные

10

15

295914

отрицательной обратной связью, в цепи которой включен резистор, а также источник тока питания, о т л и - чающийся тем, что, с цехоью 5 повьш ения точности, он снабжен дополнительными операционным усилителем, тремя резисторами, теплопроводящей подложккой, общей шиной и по меньшей мере тремя транзисторами, один из которых служит термодатчиком, а другие - нагревателями, расположенными вокруг фотодиода на теплопроводящей подложке, имеющей тепловой контакт со всеми элементами фотоприемника, причем дополнительные резисторы и р-п-переход дополнительного термодатчика образуют мостовую схему,к одной из диагоналей которой подключен первый полюс источника тока питания и общая шина, другая диагональ включена между входами дополнительного операционного усилителя, выход дополнительного операционного усилителя соединен с базами нагревательных TpaH3HCTopiOB, коллекторы которых подключены к второму полюсу источника тока питания, а эмиттеры соеди- нены с общей шиной, при этом термодатчик и нагреватели образуют цепи тепловой отрицательной обратной связи через подложку.

20

25

30

Изобретение относится к технике измерений света и может найти применение при измерениях света с высоким амплитудным разрешением в условиях флуктуации температуры окружающей среды. Повьшение точности достигает- ,ся за счет того, что фотоприемник. содержащий фотодиод 1 и операционный усилитель 3, снабжен дополнительными операционным, усилителем 4, тремя резисторами 7, теплопроводящей подложкой 2, общей шиной 15 и по меньшей мере тремя транзисторами. Один из транзисторов служит термодатчиком, а другие - нагревателями, расположенными вокруг фотодиода 1 на теплопроводящей подложке 2, имеющей, тепловой контакт со всеми элементами фотоприемника. При включении питакяцих напряжений в диагонали моста, образованного дополнительными резисторами и. р-п-переходом термодатчика появляется разбаланс напряжений, который приводит к изменению коллекторного тока нагревателей. Вследствие этого происходит нагрев или охлаждение тепло- проводящей подложки 2 до тех пор, пока не будет обеспечена ее термостабилизация. 3 Ш1, (Л cpt/g.f

Редактор В.Иванова

Составитель С.Непомнящая

Техред О.Гортвай Корректор А.Зимокосов

Заказ 2443/40 Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-33, Раушская наб., д. 4/5

. Производственн(4гполиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4