Фотоприемное устройство Советский патент 1991 года по МПК G01J1/44 

(Л

С

Изобретение относится к быстродействующим измерителям мощности оптического излучения, может быть использовано в системах оптической локации. Цель изобретения - увеличение динамического диапазона принимаемых сигналов. Фотоприемное устройство содержит последовательно соединенные лавинный фотодиод 1, усилитель 2, фильтр 3 нижних частот, компаратор 4, логический блок 5, регулируемый источник

О

VI чэ

ю

ГО

Фиг.1

6 питания, выход которого соединен с лавинным фотодиодом, выход усилителя соединен с блоком 7 оценки сигналов, второй вход компаратора соединен с выходом источника 8 опорного напряжения, второй вход логического блока соединен с выходом высокочастотного генератора 9, а также источник 10 оптического излучения, оптически связанный с лавинным фотодиодом, и блок 11 синхронизации, первый выход которого

Изобретение относится к быстродействующим измерителям мощности оптического излучения и может быть использовано в системах оптической локации.

Цель изобретения - увеличение динамического диапазона принимаемых сигналов.

На фиг.1 приведена блок-схема фотоприемного устройства; на фиг.2 - принципиальная электрическая схема логического блока.

Устройство содержит последовательно соединенные лавинный фотодиод 1, усилитель 2, фильтр 3 нижних частот, компаратор 4, логический блок 5 (дискриминатор длительности импульса), регулируемый источник 6 питания, блок 7 оценки сигналов, источник 8 опорного напряжения, высокочастотный генератор 9, источник 10 оптического излучения, оптически связанный с лавинным фотодиодом 1, и блок 11 синхронизации. Вход 12 логического блока 5 соединен с выходом компаратора, вход 13 - с блоком 11 синхронизации, вход 14 - с высокочастотным генератором 9, а выходы 15 и 16 логического блока 5 соединены с входами управления регулируемого источника 6 питания. Выходы 17 и 18 блока 11 синхронизации соединены соответственно с источником 10 и входом 13 логического блока 5.

В качестве логического блока используется блок, состоящий из счетчиков 19 и 20, Д-триггера 21, двух -логических элементов НЕ 22 и 23 и логических элементов 24 2И и 25 2И-НЕ, вход разрешения счета счетчика 19 является входом 12 логического блока, синхронизирующий вход Д-триггера 21 является входом 13 логического блока, выход элемента 2И 24 является выходом 15 логического блока, выход элемента 2И-НЕ 25 является выходом 16 логического блока, а счетные входы счетчиков 19 и 20 являются входом 14 логического блока.

Фотоприемное устройство работает следующим образом.

соединен с источником оптического излучения и синхронизирующим входом блока оценки сигналов, а второй выход соединен с третьим входом логического блока. Логический блок анализирует импульс на выходе компаратора и в зависимости от его длительности управляет источником 6 питания так, чтобы чувствительность устройства была максимальной при малых сигналах и уменьшалась при больших сигналах. 2 ил.

При использовании в системах оптической локации устройство принимает периодически повторяющиеся сигналы, при этом цикл приема разделен на два интервала:

Ti - прием оптического излучения; Та - подстройка коэффициента умножения лавинного фотодиода. Синхронизация цикла приема осуществляется блоком 11 синхронизации, на выходе 17 которого в интервале Та

формируется первый импульс длительн - стью 71 , и следующий за ним на выходе 18 второй импульс длительностью та . Во время первого импульса осуществляется засветка лавинного фотодиода 1 эталонным

излучением источником 10 оптического излучения. Если во время интервала Ti мощность принимаемого излучения меньше мощности эталонного излучения во время импульса Т, то в этом случае стабилизация

коэффициента умножения лавинного фотодиода 1 осуществляется по мощности эталонного излучения. Этот световой импульс длительностью Ti преобразуется лавинным фотодиодом 1 в импульс тока, амплитуда

которого пропорциональна коэффициенту умножения лавинного фотодиода 1. На входном сопротивлении усилителя 2 импульс тока преобразуется в импульс напряжения, который усиливается усилителем 2 и

поступает через фильтр 3 нижних частот на компаратор 4. Сигнал на выходе компаратора 4 равен логической 1, если сигнал на его входе превышает опорное напряжение с источника 8 опорного напряжения. При

длительности логической 1 на выходе компаратора 4 TI счетчик логического блока 5 досчитывает до заданного числа N и на его выходе формируется сигнал логической Г, при этом счетчик останавливается. Число

N выбирается из соотношения N л f/2, где f - частота высокочастотного генератора 9. При отсутствии сигнала логической Г на выходе компаратора 4 на выходе счетчика логического блока 5 сохраняется состоя

ние логического О. При приходе на вход 13 логического блока 5 второго импульса по его переднему фронту логическое состояние с выхода счетчика записывается в Д-триггер, а сам счетчик обнуляется. Таким образом, при длительности логической 1 на выходе компаратора 4, превышающей г 12, на выходах 15 и 16 логического блока 5 формируется импульс логического состояния длительностью Т5 , который приво- дит к уменьшению напряжения на выходе регулируемого источника 6 питания и уменьшению коэффициента лавинного умножения. При длительности логической единицы Г на выходе компаратора 4 меньше Ti/2 на выходах 15 и 16 логического блока 5 формируется импульс логического состо- яния О длительностью TI, который приводит к увеличению напряжения на выходе

.

регулируемого источника о питания и увели чению коэффициента лавинного умноже- ния. Таким образом, в лавинном фотодиоде 1 поддерживается коэффициент лавинного умножения Мо, равный

Мо Von/PnSo RexKy.

.

где Von - напряжение на выходе источника опорного напряжения;

Ри - мощность импульса засветки ла- винного фотодиода источником оптического излучения;

So - токовая чувствительность лавинного фотодиода без лавинного умножения;

RBX- входное сопротивление усилителя;

Ку «- коэффициент усиления усилителя по напряжению.

Вне интервала тг на выходе логического блока формируется логическое состояние , которое поддерживает в течение (Ti+ TI ) неизменным коэффициент умножения лавинного фотодиода 1. Если в течение интервала TI на временном отрезке 7i/2 мощность сигнала превышает мощность импульса засветки источником оптического из- лучения Ри и равна Рс, то напряжение на выходе регулируемого источника 6 питания изменяется таким образом, что у лавинного фотодиода коэффициент умножения М становится равным М - Von/PcSoRexKy.

5 1015

20

25

30 35

4050

Амплитуда сигнала от источника 10 оптического излучения равна V VonM/Mo.

Путем пересчета в блоке 7 оценки сис налов по амплитуде излучения источника 10 оптического излучения рассчитывается мощность сигнала в любой момент интервала TL

Устройство позволяет за счет регулировки напряжения на лавинном фотодиоде повысить верхний предел регистрации сигнала. С учетом того, что коэффициент умножения лавинного фотодиода при больших сигналах снижается в 10-20 раз, динамический диапазон устройства в 100-200 раз превышает динамический диапазон известных устройств.

Формула изобретения

Фотоприемное устройство, содержащее последовательно соединенные лавинный фотодиод, усилитель, фильтр, компаратор, а также блок оценки сигналов, вход которого соединен с выходом усилителя, источник опорного напряжения, выход которого соединен с вторым входом компаратора, регулируемый источник питания, выход которого соединен с лавинным фотодиодом, источник оптического излучения, оптически связанный с лавинным фотодиодом, и высокочастотный генератор, отличающееся тем, что, с целью увеличения динамического диапазона принимаемых сигналов, в него введены дискриминатор длительности импульса и блок синхронизации, первый вход дискриминатора длительности импульса соединен с выходом компаратора, первый и второй выходы дискриминатора длительности импульса соединены соответственно с первым и вторым входами регулируемого источника питания, второй вход дискриминатора длительности импульса соединен с высокочастотным генератором, третий вход дискриминатора длительности «мпульса соединен с вторым выходом блоки синхронизации, первый выход которого соединен с источником оптического излучения и синхронизирующим входом блока оценки сигналов, а в качестве фильтра используется фильтр нижних частот, полоса пропускания которого равна половине значения частоты высокочастотного генератора.

Фиг. 2