Фотодетектор Советский патент 1980 года по МПК H01L31/00 

Изобретение относится к фотодетек торам, предназначенным для получекия переменного электрического сигнала при воздействии переменного све тового потока на фоточувствительный элемент с внутренним фотоэффектом или пироэлектрическим эффектом. Известна схема фотодетектора для преобразования светового потока в электрический сигнал, в которой в качестве светочувствительного элемента используется фоторезистор, последовательно с которым включен резистор нагрузки 11. С рез.истора нагрузки электрический сигнал через разделительную емкость подается на затвор полевого транзистора. Однако зтому фотодетектору свойственна значительная инерционность, обусловленная большой величиной входной емкости. Известен фотодетектор, содержащий усилитель, первый каскад которого выполнен на полевом транзисторе, сток которого соединен через резисто с источником питания, и фотоприемник соединенный с резистором, другой конец которого соединен с общей шиной и конденсатором, другой вывод котор го соединен с затвором полевого транзистора и через резистор - с общей шиной, причем, исток полевого транзистора соединен с входом последующего каскада усилителя и через резистор - с общей шиной 2, Быстродействие известного фотодетектора определяется постоянной времени входной КС-цепи, где R - сопротивление резистора нагрузки, а С входная емкость. В данном фотодетекторе +Сф +С„ +С (l-t-K), где С,„ емкость затвор-исток; емкость затвор-сток; емкость фотоэлемента емкость монтажа; коэффициент передачи каскада на полевом транзис, торе. Из приведенного выражения видно, что входная емкость равна сумме емкостей переходов транзистора, используемого для усиления фототока, собственной емкости фотоэлемента и емкости монтажа. О1едовательно, для уменьшения входной и кости, т.е. для снижения инерционности, нужно выбирать транэистор с минимальными емкостями пере ходов. Таким требованиям удовлетворяют полевые транзисторы, но и при их использовании входная емкость име ет довольно большое значение за счет емкостей монтажа и фотоэлемента. Отедует подчеркнуть, что инерционность таких фотодетекторов зависит в оснопном от типа фотоэлемента, а так как обычно чем чувствительней фо тоэлемент, тем больше его емкость, то невозможно реализовать одновремен но и высокую чувствительность и малую инерционность. Поэтому обычно для снижения инерционности этих фотодетекторов уменьшают величину резистсчэа нагрузки, однако, это приводит к уменьшению чувствительности и, если шум последующего усилителя превышает собственный шум фотоэлемента (фотодиода), то понижается также и обнаружительная способность фотодетектора. Этому фотодетектору так же свойственна большая инерционность. Целью изобретения является повышение быстродействия фотодетектора без уменьшения его чувствительности и обнаружительной способности. Достигается это тем, что в устройство введен неинвертирующий усили тель, имеющий низкое выходное сопротивление и коэффициент усиления мень ше единицы, вход которого соединен с истоком, а, выход - со стоком полевого транзистора и с другим выводом фо топриемника. На чертеже приведена схема описываемого фотодетектора, Предлс кенный фотодетектор содержит полевой транзистор 1, затвор которого соединен с общей шиной через резистор 2, эашунтированный последо вательной цепочкой, разделительную емкость 3, резистор 4 нагрузки, фотоэлемент 5, один электрод которого через резистор нагрузки соединен с общей шиной, а другой - со стоком полевого транзистора 1 и через резис тор 6 - с источником питания, усилитель 7. Выход усилителя 7 соединен со стоком полевого транзистора 1, а вход - с его истоком и через резистор 8 - с общей шиной. Вход последующего усилителя 9 связан с истоком полевого транзистора 1. Работа устройства происходит следующим образом. Сигнал от фотоэлемента усиливается транзистором 1 и поступает на уси литель 9. Как отмечалось, инерционность фотодетектора определяется постоянной времени входной КС-цепи, где R - сопротивление резистора 4 нагрузки, а С - входная емкость, В фотодетекторе сопротивление резистора нагрузки выбирается из условия по лучения максимальной чувствительности и обнаружительной способности, но тогда для реализации минимальной ине ционности необходимо уменьшить входную емкость. Последнюю можно уменьшить, снижая переменную составляющую тока через емкость затвор - сток полевого транзистора 1, что достигается понижением переменного напряжения на емкости затвор - сток по сравнению с входным, с ЭТОЙ целью, как показано на чертеже, на сток полевого транзистора i подают переменное напряжение, синфазное с напряжением на затворе этого транзистора, с помощью усилителя 7, не переворачивающего фазы входного сигнала, имеющего малое выходное сопротивление и коэффициент передачи меньше единицы. Тогда C(Cic. +CJ ( 1-КоК)+С5и (1-Кд)+С„, где - емкость затвор - сток -емкость затвор- исток; -емкость фотодиода; С - емкость монтажа; KQ - коэффициент передачи каскада на полевом транзисторе 1; К - коэффициент передачи усилителя 7, Таким образом, выбирая коэффициенты передачи К и К близкими к единице, можно почти полностью скомпенсировать емкости С т.е, входная емкость, а, следовательно, вибродействие будут определяться только емкостью монте1жа. Предлагаемый фотодетектор обладает высокой чувствительностью и малой ййерционностью, определяемой только емкостью монтажа, т.е. емкости Cjy, , Cjj, и Сф почти полностью компенсируются. Формула изобретения Фотодетектор, содержащий усилитель, первый каскад которого выполнен на полевом транзисторе, сток которого соединен через резистор с источником . питания, и фотоприемник, соединенный с резистором, другой конец которого соединен с общей шиной, и конденсатором, другой вывод которого соединен с затвором полевого транзистора и через резистор - с общей шиной, причем исток полевого транзистора.соединен с входом последующего каскада усилителя и через резистор - с обшей шиной, отличающийс я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введен неинвертирующий усилитель, имеющий низкое выходное сопротивление и коэффициентусиления меньше единицы, вход которого соединен с истоком, а выход - со стоком полевого транзистора и с другим выводом фотоприемника. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Великобритании № 1308933, кл. G 1 А опублик 07.03.73. 2,Приборы и техника эксперимента, № 4, 1975, с. 130.

гГ

г©-

,л

iK