Приемное устройство фотометра Советский патент 1992 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к фотометрии и предназначено для измерения освещенности в различных областях оптоэлектроники.

Известно также устройство, содержащее усилитель i: фотодиод, присоединенный между входом усилителя и одним полюсом источника питания, а также полевой МОП-транзистор, присоединенный между общей точкой соединения фотодиода с входом усилителя и другим полюсом источника питания.

Такое выполнение приемного устройства позволяет в необходимой степени расширить диапазон измеряемых освещенностей путем сдвига верхнего предела в сторону больших освещенностей. Это устройство не сложнее предыдущего устройства и может быть изготовлено на общем полупроводниковом слое при помощи относительно небольшого числа операций простой ГАОП технологии.

Недостатком является высокий чижики предел измеряемых освещенностей

Известно фотоприемное устройство, выбранное в качестве прототипа. Устройство содержит фотодиод, соединенный одним выводом с инверсным входом операционного усилителя, ключом и с интегрирующей емкостью. Другой вывод ключа и другой вывод интегрирующей емкости подключены к выходу усилителя, а другой вывод фотодиода соединен с неинверсным входом усилителя. Такое выполнение приемного устройства позволяет получить низкий нижний предел диапазона измеряемых освещенностей.

Недостатком фотоприемного устройства является его сложность, выражающаяся в применении операционного уси/мтеля и

VI VI

О VI

v4 Ю

включении интегрирующей емкости между выходом и инвертирующим входом усилителя. Это приводит к усложнению технологии его изготовления.

Целью изобретения является упрощение приемного устройства фотометра.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем фотодиод, соединенный одним выводом с общей шиной источника питания, интегрирующую емкость, соединенную с ключом, введен первый полевой транзистор, исток которого подключен ко второму выводу фотодиода, сток присоединен к общей точке соединения интегрирующей емкости с ключом и к затвору второго введенного полевого транзистора, исток которого является выходом устройства, а сток соединен с другой шиной источника питания, при этом второй вывод интегрирующей емкости соединен с общей шиной источника питания.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства.

Приемное устройство фотометра содержит фотодиод 1 и интегрирующую емкость 2, соединенные с общей шиной 3 источника питания, а также ключ 6. Между фотодиодом и интегрирующей емкостью введен первый полевой транзистор 4. Затвор второго введенного полевого транзистора 5 соединен с общей точкой соединения интегрирующей емкости и ключа 6. Сток второго полевого транзистора 5 соединен с другой шиной 7 источника питания, а исток является выходом 8 приемного устройства фотометра.

Устройство работает следующим образом.

Затвору транзистора 4 сообщается определенный потенциал, например, потенциал общей шины источника питания. В начале периода интегрирования емкость 2 заряжается посредством ключа 6 до относительно высокого напряжения источника питания, после чего ключ 6 закрывается- и происходит разряд емкости 2 фототоком фотодиода 1 через канал первого полевого транзистора 4 на его исток. При постоянной во времени измеряемой освещенности фо- тотоктакже постоянен и. следовательно, напряжение на интегрирующей емкости 2 изменяется во времени линейно. Под действием фототока емкость стока может разряжаться линейно почти полностью, а потенциал емкости истока остается на уровне, определяемой суммой потенциалов затвора и порогового напряжения первого полевого транзистора 4. По истечении заданного периода времени интегрирования емкость 2 вновь заряжается через ключ 6 от

источника питания и цикл интегрирования повторяется.

Первый полевой транзистор 4 включен по схеме с общим затвором, обладающей

свойством преобразовывать малые изменения напряжения между истоком и затвором в относительно большие перепады потенциалов на стоке. Второй полевой транзистор 5, включенный по схеме электрометрического истокового повторителя, без искажений передает на внешнюю нагрузку пилообразные перепады потенциалов на интегрирующей емкости 2, величина которых пропорциональна величине измеряемой ос5 вещенности.

Площадь фотодиода выбирается возможно большей, что обеспечивает большую величину фототока при низкдй измеряемой освещенности. Величина этой площади ог0 раничивается только возрастающим пропорционально ей темпов ым током. Интегрирующая емкость 2 выгодно с точки зрения повышения чувствительности выбирать малой. С этой целью она отделена от

5 выхода 8 устройства при помощи ввэденно- го полевого транзистора 5.

Приемное устройство фотометра целесообразно выполнять целиком на кремниевой пластине. Интегрирующая емкость 2 и

0 фотодиод 1 выполняется при этом в виде областей противоположного полупроводниковой пластине типа проводимости образующих с ней р-n переходы. Пластина соединяется посредством сформированно5 го на ней омического контакта с общей шиной 3 источника питания. Площадь области фотодиода составляет приблизительно 5 х (м2).

Интегрирующая емкость образована

0 емкостью затвора транзистора 5 и емкостью обратносмещенного р-n перехода своей области. При оптимальном размере этой облаV6

-б

сти 20 х 10 (м) х 20 х 10 (м) величина емкости составляет менее 1 х (Ф).

5 Такое построение устройства и такое соотношение размеров областей обеспечивает большой перепад потенциалов на выходе устройства под воздействием даже малого заряда, накопленного интегрирую0 щей емкостью в условиях низкой измеряемой освещенности. Нижний предел диапазона измеряемых освещенностей можно снизить также путем увеличения времени интегрирования, по истечении которо5 го интегрирующая емкость вновь заряжается через ключ до напряжения источника питания. Наибольшей целесообразный период времени интегрирования ограничен величиной темнового тока фотодиода.

По сравнению с прототипом устройство обеспечивает примерно такой же нижний предел диапазона измеряемых освещенно- стей, но, в связи с существенным упрощением, процесс его разработки значительно короче и дешевле, а технология изготовления проще, чем обеспечивает повышение процента выхода годных устройств. Формула изобретения Приемное устройство фотометра, содержащее фотодиод, соединенный с общей шиной источника питания, интегрирующую емкость, соединенную с ключом и выход.

0

отличающееся гем что с целью упрощения устройства, второй ныоод интегрирующей емкости соединен с общей ши ной источника питания, в фотометр введен первый полевой транзистор, исток которого подключен к второму выводу фотодиода, сток присоединен к общей точке соединения интегрирующей емкости с ключом и к затвору второго введенного полевого транзистора, исток которого является выходом устройства, а сток соединен с вторим выводом ключа и другой шиной источника питания.

Использование: для применения в измерителе освещенности и усовершенствует его приемное устройство, преобразующее освещенность в электрический сигнал. Сущность изобретения: приемное устройство фотометра содержит фотодиод, соединенный с общей шичой источника питания, и интегрирующую емкость, соединенную с ключом. В устройстве введены два полевых транзистора, Первый из них своим истоком подключен к свободному выводу фотодиода, а стоком - к общей точке соединения интегрирующей емкости с ключом и к затвору введенного полевого транзистора, Исток второго транзистора является выходом устройства, а сток соединен со свободным выводом ключа и с другой шиной источника питания. Свободный вывод интегрирующей емкости соединен с общей шиной источника питания. 1 ил.