Фотоприемное устройство Советский патент 1991 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к фотоприемным устройствам и может быть использовано в аппаратуре широкого назначения для прецизионного поддержания соотношения двух неодинаковых по величине световых потоков.

Целью изобретения является повьппе- ние точности сравнения двух неодинаковых по величине световых потока.

На чертеже представлена электрическая схема фотоприемного устройства.

Оно содержит фотодиоды 1, 2, операционные усилители 3, 4, неинвертирующие входы Kotopbix и катоды фотодиодов подключены к общей шине устройства, инвертирующие входы ус1шителей

соединены с анодами фотодиодов, тран-. зисторы 5, 6 с подключенными последовательно к их эмиттерам резисторами 7, 8 включены соответственно между выходом и инвертирующим входом усилителя 3 и между выходом усилителя 3 и инвертирующим входом усилителя 4, базы транзисторов 5, 6 подключены к общей шине устройства через дополнительные транзисторы 9, 10, включенные по схеме диода, к источникам тока II, 12. Второй усипитель 4 охпачен рези- стивной отрицательной обратной связью через резистор 13.

Устройство работает следующим образом. Световые потоки Ф1 , 2, падаюел о ел

со 1

них фототоки (., раяные

С1

соответственно

-а,Ф,

(1) . (2)

где л,, а- - интегральные чувствительные фотодиоды I, 2, приведенные к спектру световых потоков Ф, Ф. При этом напряжение на выходе усилителя 3 окаэьгаается равным:

3 (Ic,/0tg-l)

устройства.

Из соотношений (3), (4) с учетом того, что eifc-lje, где р - коэффициент, учитывающий связь коллекторного и эмиттерного токов транэи- стора 6, следует, что при строгой и

линейной связи между 1 и 1, будут В1 полняться равенства

In (Те, IN) In (I,/IN) - In (Iv6/ot6 IM) 1 (II/IH)

(5)

R.

K6 5 следует

T... (6)

Изобретение может быть использовано для измерения двух неодинаковых по величине световых потоков. Цель заключается в повыпении точности измерения соотношения двух неодинаковых по величине световых потоков за счет существенного снижения влияния температурного дрейфа. Это достигается тем, что в фотоприемном устройстве, состоящем из двух фотодиодов и соответствующих двух операционных усилителей, один из которых охвачен резис- тивной обратной связью. К входу этого усипителя подключен через первьй транзистор выход первого операционного усилителя, охваченного через второй транзистор обратной связью, базы транзисторов подключены к соответствующим источникам тока и через дополнительные транзисторы в диодном включении соединены с обпей гаиной. Выбором величин токов соответствующих источников и величин сопротивлений в цепях эмиттеров первого и второго транзисторов обеспечивается сравнение двух неодинаковых по величине световьгх потоков с высокой точностью. 1 кп. г (Л

.-I-IL

; Mf, In (I,/IK),(3) 20

де If - температурный потенциал; Т и обратный ток р-п-перехода; R, - сопротивление резистора 7; 1, - величина тока источника тока 11; ftilg - коэффициент, учитьгеающий

связь коллекторного и эмиттерного токов транзистора 5, С другой стороны

э 6- Ьб Ч т In (

+ СрП (II/IN), .(

где Rg - сопротивление резистора 8; - ток эмиттера транзистора 6; - выходной ток источник токе 12.

Для того чтобы с высокой точностью осуществлялось сравнение неодинаковых по величине световых потоков, необходимо, чтобы между током коллектора транзистора 6 и фототоком фотодиода Ig| существовала строгая линей- ная и зависящая от температуры связь

коллекториь й ТОК должен быть близок к величине фототока 1. фотодиода 2, При этом сопротивление резистора 13, определяемое как отношение

ма«/Ь1ма«. где и

. - максимальное

«akc значение выходного напряжения на выMQItC

- максимальходе усилителя 4, д1 ное значение разности токов на входе усилителя 4, может быть достаточно большим. Следовательно, на выходе усилителя 4 полеэнмй сигнал будет значительно превынать напряжение, обусловленное температурньм дрейфом

fl

(1

ct.

(7)Подставляя значения I.,, в соотноК6

25 шение (6),. получаем условие

Ч)

(8)

0

5

0 j

.

5

Разностный сигнал коллектора транзистора 6 и фотодиода 2 формирует на выходе усилителя 4 напряжение 1). С учетом зависимостей (1), (2)-, (7) напряжение U. равно

( R,vo6, (Ф, - В -Фз). (9)

где В const, R (3 сопротивление резистора 13,

Если фотодиоды I, 2, и транзисторы 5, 6, 9, 10 также, выполнены на одной подложке, т.е. характеристики их близки и они находятся при одинаковых температурных условиях, то тогда ве- лиг1ина В практически не зависит от температуры. Отногаение токов источников -11, 12 и сопротивления Rg, R с учетом выражения (8) задаются такими, чтобы при заданном соотношении световых потоков О,, «bj (например, 1:4) вькодное напряжение усилителя 4 было равно О, чту, как было показано выше, соответствует условию высокоточного сравнения двух неодинаковых по величине световых потоков.

Следует отметить, что резисторы 7, 8 служат для еще большего выравнивания характеристик транзисторов 5, 6. Применение устройства в системах стабилизации параметров позволит повысить точность их поддержания на заданном уровне.

Ъормулаизобретения

Фотоприемное устройство, содержа- шее два фотодиода, аноды которых подключены к инвертирующим входам соответствующих операционных усилителей, второй из которьгх охвачен резистин- ной отрицательной обратной связью, неинвертирующие входы усилителей н катоды фотодиодов соединены с общей шиной, отличающеес я тем,

0

0

34

что, с целью повышения точности сравнения двух неодинаковых по величине световых потоков, в него введены два источника тока, два транзистора, два дополнительных транзистора в диодном включении и дна дополнительньк резистора, источники тока подключены к базам соответствующих транзисторов и через дополнительные транзисторы в диодном включении соединены с общей шиной, коллекторы первого и второго транзисторов подключены к инвер- тируюпцчм входам соответствующих операционных усилителей, а их эмиттеры через дополнительные резисторы соединены с выходом первого операционного усилителя, при этом оба фотодиода и четыре транзистора установлены в тепловом контакте.

/3