Способ определения частотных характеристик фотоприемного устройства с лавинным фотодиодом Советский патент 1988 года по МПК G01R23/04 

1зобретение относится к фотометрии и может быть использовано для экспериментальных исследований динамических свойств фотоприемного уст- , pofljcTBa (ФПУ), состоящего из лавин- ногЬ фотодиода (ЛФД).

I Цель изобретения - повьшение достоверности определения динамических свойств фотоприемного устройства пу- Q тем, определения частотных характеристик S|(ico) и 8,(1(4).

Сущность способа заключается в следующем.

Характеристика S(ico) определяется 15 с помощью известного способа, при котором на вход ФПУ подают оптический сигнал, мощность которого изменяется гармоническому закону. Характеристика 8ц(1с5) определяется следующим {Q образом. На шину питания ЛФД наряду с напряжением Е смещения подается гармонический электрический сигнал лряжения амплитудой U и часто- 1Й СО . При этом амплитуду ) ис-25 тЬчника напряжения поддерживают пос- трянной и регистрируют электрический сигнал на выходе ФПУ при каждом зна- ч|ении частоты СО . Контроль амплитуды уществляют, например, вольтмет- зо 1М, подключенным в схемы. Пусть те- :ерь на активную площадку ЛФД не юступйет оптический сигн, т.е. фо- )диод затемнен. Тогда фототок ЛФД 1авен нулю, т.е. 1 (iw) О. В том случае, измеряя амплитуду сиг- (ала на выходе ФПУ для различных taCTOT tS. получим частотную характеристику S(ico) , для которой справед- 1пиво следующее аналитическое соотно- Q :Шение;

S(ico)-U,(iu).,

где - квантовый вы q - заряд электр h - постоянная П f - частота опти и - пробивное на хода;

п - коэффициент, типа полупро

При выполнении усл

1 с погрешностью, н

долей процента, фотот быть представлен след ем.

) 1„. е

«cot

где I,

Заметим, что модул ЛФД путем модуляции е лавинного умножения п ряжения смещения ЛФД тот порядка единиц ГГ

Измеряя амплитуду ходе ФПУ для различны получим частотную хар Sj(ito) при засвеченно для которой справедли аналитическое соотнощ

s,(b).u,cio) j--.(jj

4. т f 1гЛ.

f i«pjjuo; ,(io)

где Rf - внутреннее с

источника на Пусть в интервале вьшолняется соотношен

ви

О) 45 |«;-c;J- r,

где - квантовый выход; q - заряд электрона; h - постоянная Планка; f - частота оптического сигнала; и - пробивное напряжение перехода;

п - коэффициент, зависящий от типа полупроводника... ,, .

При выполнении условия /

1 с погрешностью, не превьпвающей

долей процента, фототок ЛФД может быть представлен следующим выражением.

) 1„. е

«cot

(3)

где I,

(4)

Заметим, что модуляция фототока ЛФД путем модуляции его коэффициента лавинного умножения при изменении напряжения смещения ЛФД возможна до частот порядка единиц ГГЦ.

Измеряя амплитуду сигнала на выходе ФПУ для различных частот со , получим частотную характеристику Sj(ito) при засвеченном фотодиоде, для которой справедливо следующее аналитическое соотнощение:

s,(b).u,cio) j--.(jj5b;:fio)

4. т f 1гЛ.

f i«pjjuo; ,(io)+ 4x((5)

где Rf - внутреннее сопротивление

источника напряжения. Пусть в интервале частот OjUSg вьшолняется соотношение

(6)

Изобретение относится к фотометрии и обеспечивает пЬвьппение дос товерности определения динамических свойств фотоприемного устр-ва (ФПУ) Путем определения частотных х-к ) и S(iw). При подаче на нгану питания лавинного фотодиода (ЛФД) постоянного напряжения а на вход ЛФД - оптического сигнала, мопшость которого изменяется по гармоническому закону, определяют частотную х-ку 8(ш) ФПУ.. При подаче на шину питания кроме напряжения смещения Е, гармонического напряжения с амплитудой UQ и час.тотой со измеряют при затемненном ЛФД частотную х-ку Sj(io), а при засвеченном Оптическим Сигналом постоянной мощности ЛФД - частотную х-ку S(iui), Частотные х-ки S,(ico) и 84(100) рассчитывают из соотношений S,(iw) - 84(iw) - 8,(сЭ), Sj(ico) « S(ito)/8 (ico). $ (Л

где г фр - внутреннее сопротивление

генератора тока;

iff (iw)- входное сопротивление усилителя.

Пусть теперь на активную площадку ЛФД падает оптическое излучение мощностью Р , т.е. фотодиод засвечен. Тогда фототок ЛФД будет определяеться следующим выражением:.

1,„(Ь)

Ла.р

1Г ог чч . т у ч 1

где С .pj, - емкость р-п-перехода ЛФД. Тогда выражение С5) преобразуется к следующему виду:

S. ( IQ) - и., (iu))ут-г-7 Т

г„Лш)-г„,(га)

epuv

ц. т fiM i -- ssiiel

г,(1о) Z5,,(io)

()

На практике генераторы гармонического электрического сигнала имеют

31429047

. Поэтому выражения (5) и (7) можно считать эквивалентными в широком интервале частот.

Если при изменении СО величина U(iu) поддерживается неизменной, то второе слагаемое выражения (7) пропорционально частотной характеристике Sj (ico) .

Объединяя (1) и (7), получим следующее соотношение:

S, (ico) - S(iG3) - S(ia)).

(8)

Используя (8 для амплитудно-час- 15 тотной характеристики S, (оз) и фазочас- тотной характеристики Ц), (Q) получим следующие выражения;

S(w) - 5(0) + 84(03) - 2S(o)-S(co) . )/(a)) - (o); (9)

arctg

§i(wlisin Cf,j(

S,j (w) cosq(w) - S,(iu) S2(iu). (11)

Из (11) следует, что для определения характеристики S2(itO) можно использовать .следующее выражение:

S.Xiw)

S(ico} s7(ico)

(12)

Форму л а изобрет ения

Способ определения частотных характеристик фотоприемного устройства с лавинным фотодиодом, заключающийся в том, что постоянный электрический сигнал напряжения подают на шину питания лавинного фотодиода, оптический сигнал, мощность которого изменяется по гармоническому закону, подают на вход фотоприемного устройства и по отношению к этому сигналу определяют частотную характеристику S(iw) фотоприемного устройства, о т

5

где S (Ы) ,

)

амплитудно-частотные характеристики, соответствующие S(io3) и S(io);

(со) Ц),(со) - фазочастотные характеристики, соответствующие S (ico)

и S4(ico).

Из выражений (9) и (10) следует, что частотная характеристика S, tiuO) может быть экспериментально определе на косвенным образом по измеренным значениям частотных характеристик S,(iw) и S,(ico).

Частотные характернетик Stiu), S, (iu) , S(ico) связаны следующим соотношением:

,§il i Eil}iCjiyl.

84 (со) coscp4(ca)

(10)

0

5

0 5

о ЧТО, с

лич-ающийся тем, целью повышения достоверности определения динамических свойств фотоприемного устройства путем определения частотных характеристик S,(i6)) и Sj(ico) дополнительно на щину питания лавинного фотодиода .подают гармонический сигнал напряжения :и при затемненном лавинном фотодиоде определяют частотную характеристику S(ico), а затем на вход фотоприемного устройства подают оптический сигнал постоянной мощности и по отношению к гармоническому сигналу на шине питания лавинного фотодиода определяют частотную характеристику S;.(icci), после чего частотные характеристики S,(ico) и 82(100) рассчитывают из следующих соотношений:

S, (ico) « 84 (ico) - S,(i{0)

- fmT--