Способ регулирования коэффициента уси-лЕНия фОТОпРиЕМНиКА Советский патент 1981 года по МПК H01J40/14 

54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ ФОТОПРИЕМНИКА

1

Изобретение относится к приему оптических сигналов и может быть использовано для преобразования импульсных световых сигналов с большим диапазоном изменения интенсивности в электрические сигналы с одновременным сжатием динамического диапазона выходных сигналов.

Известен способ регулирования коэффициента усиления, при котором управляющее напряжение подают на первый динод ФЭУ, в таком устройстве динамический диапазон регулирования может.доходить до 60-70 дБ l.

Однако регулировочная характеристика изменяется скачкообразно.

Известен способ регулирования коэффициента усиления, заключающийся в подаче управляющего напряжения на диноды.

В соответствии с этим способом управляющие напряжения подают на группу динодов ФЭУ. Группу управляемых динодов чередуют через один с неуправляемыми динодами. Распределение потенциалов на неуправляемых динодах обеспечивают с помощью распределителя потенциалов и источника питания. Электрический сигнгш, который подают с выхода генератора уп

равляющих напряжений, приводит к электростатической расфокусировке потока фотоэлектронов, что,в свою очередь, изменяет коэффициент усиления фотоприемника 2.

Однако при таком управлении диапазон регулирования в известных ФЭУ не превышает 40-50 дБ. Кроме того, такая схема включения ФЭУ из-за расфокусировки приводит к уменьшению ширины полосы пропускания ФЭУ.

Цель изобретения - обеспечение плавного регулирования коэффициента усиления 1Ьотоприемника при сохранении ширины полосы пропускания.

Цель достигается тем, что управляющее напряжение подают на пару соседних динодов, поддерживая равенство разнобтей потенциалов в соседних динодных промежутках, образованны:: регулируемыми динодами и предшествующим им нерегулируемым динодом.

Помимо этого, нижний предел диапазона регулирования ограничивают уровнями потенциалов на регулируемых динодах, при которых.обеспечивается плавность регулировочной характеристики, а ветрхний предел - уровнями стандартных потенциалов. Для увеличения диапазона регулирования коэффициента усиления фотоприемника управляющее напряжение по цают одновременно на несколько пар соседних регулируемых динодов, отде ленных друг от друга, как минимум, двумя динодами со стандартными распределением потенциалов. На фиг. 1 изображена блок-схема ф топриемника, реализующего- предлагаемый способ; на фиг. 2 - график распределения потенциалов на динодах ФЭУ, поясняющий работу фотоприемника в процессе регулирования. На электроды ФЭУ 1 стандартные потенциалы подают с помощью распределителя 2 постоянных потенциалов.и источника 3 питания. Управление потенциалами регулируемых динодов производят с помощью генератора 4 упра вляющих напряжений, выход которого подключают к распределителям 5 упра вляющего напряжения. Распределители 5, подключенные к соответствующим па-рам регулируемых соседних Динодов выполняют одновременно две функции: а)распределяют управляющее напряжение между парами соседних регулируемых динодов так, чтобы в пределах диапазона регулирования поддерживалось равенство равностей потенциалов в соседних регулируемых междийодных промежутках; б)распределяют потенциалы на каждой паре регулируемых динодов в соответствии с выбранным исходным режимом работы фотоприемника. При использовании нескольких пар.регулируемых диодов между этими парами оставляют, как минимум, два диода со ста дартным распределением потенциалов Работу фотоприемйика, управляемого 9 соответствии с предлагаемым способом J рассмотрим при условии по дачи управляющего напряжения на одну пару, образованную соседними динодами, например вторым и третьим динодами, так как включение остальных пар аналогично. Возможны различные-режимы фотоприемника, например и исходном состоянии (при отсутствии управляющих напряжений), когда фотопрйемник име ет минимальное усиление, в исходном состоянии, когда фотоприёмник имеет ма симальное усиление и когда фотоприемник имеет некоторое среднее значение коэффициента усиления. В первом из указанных режимов с помощью распределителя 5 управляю1ае го напряжения устанавливают такое распределение потенциалов на .электр дах ФЭУ 1 (на фиг. 2 сплошная линия при котором потенциалы .второго (Jy и третьего. УЗ динодов ниже потенциала первого динода (J . При этом выполняется соотношение ) W где п - номер первого динода, входящего в пару соседних регулируемых динодов; (1„ - потенциал h -го динода. Величину , соответствующую минимальному усилению фотоприемника для конкретного .типа ФЭУ, выбирают, исходя из обеспечения требований максимальното диапазона регулирования коэффициента усиления в сохранении плавности регулировочной характеристики, например, для ФЭУ-59 и ФЭУ-97 -0/05 Ди,г.оч . гдeдU Q - разность потенциалов регулируемых промежутков, соответствующая максимальному усилению фотоприемника. Распределение потенциалов электродов ФЭУ, на которые управляющие напряжения не, подаются, соответствует стандартному (на фиг. 2 пунктирная линия) . Под действием тормозящих электрических полей, воз.никающих в промежутках между 1-м и 2-м динодами ФЭУ и между 2-м и-3-м динодг1МИ, энергия электронов уменьшается, что вызывает уменьшение коэффициента вторичной эмиссии 2-го и 3-го динодов. В дополнение к этому часть электронов, эмитированньрс 2-м и 1-м динодами, рассеивается под действием тормозящих полей и не попадает на последующие диноды. Таким образом, в указанном режиме коэффициент усиления фотоприемника в { сходном состоянии минимальный. При подаче управляющих напряжений положительной полярности на 2-й и 3-й диноды потенциалы динодов U растут за счет увеличения ли и величина тормозящих полей падает. Исходя из требования поддержания в процессе регулирования равенства разности потенциалов в соседних регулируемых динодных промежутках, распределитель 5 управляющего напряжения выбирают таким, чтобы соотношение (1) выполнялось во всем диапазоне изменения ди . Когда мгновенное распределение потенциалов 2-го и 3-го динодов ловодят до стандартно- го, коэффициент усиления фотоприемника увеличивае±ся до максимума. В процессе регулирования усиления распределение потенциалов на динодах, не подключенных к генератору управляющих напряжений, поддерживают постоянным. Во втором из указанных исходных режимов на все без исключения электроды ФЭУ подают стандартные потенцигшы, и фотоприемник имеет максимальное усиление. На 2-й и 3-й диноды ФЭУ подгиот управляющие напряжения отрицательной полярности с учетом соотношения (1), что приводит к снижению коэффициента усиления фотоприемника по тем же причинам, что и в первом режиме. В третьем режиме потенциалы 2-го и ,3-го динодов имеют промежуточное значение по сравнению с их потенциалами в первом и во втором .режимах и, в зависимости от полярности управляющих напряжений, возможно как увеличение, так и уменьшение коэффициента усиления фотоприемника. Проведены лабораторные испытания фотоприемников, выполненных на основе ФЭУ-59 и ФЭУ-97, которые показали что регулирование по одной паре соседних динодов позволяет плавно изменять коэффициент усиления.ФЭУ в ди апазоне 40 дБ при сохранении ширины полосы пропускания ФЭУ. Управление по двум парам регулируемых динодов, разделенных двумя нерегулируемыми ди нодами, позволяет получить диапазон регулирования до 30 дБ, а управление по трем парам регулируемых динодов обеспечивает диапазон регулирования до 120 дБ. При этом управляющее напряжение не превьииает 300 В, и опасность электрического пробоя между динодами отсутствует.( Формула изобретения 1. Способ регулирования коэффициента усиления фотоприемника, заключёиощийся в подаче управляющего напря жения на диноды,. отличающии с я тем, что, сцелью обеспечения плавности регулирования при сохранении ширины полосы пропускания, управляющее напряжение подают на пару соседних динодов, по.дцерживая равен-, ство разностей потенциалов в соседних динодных промежутках, образованных регулируемыми динодами и предшествующим им нерегулируемым динодом. 2. Способ по п. 1, отличающий с я тем, что нижний предел диапазона регулирования напряжений на регулируемых динодах ограничивают уровнем, при котором обеспечивается плавность регулировочной характеристики, а верхний предел - уровнем стандартных потенциалов. 3. Способ по п. 1,,отличаю щ и и с я тем, что, с целью увеличения диапазона регулирования коэффициента усиления фотоприемнйка, управляющее напряжение подают одновременно на несколько пар соседних регулируемых динодов, отделенных друг от друга, как минимум, двумя динодами со стандартным распределе нием потенциалов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Оптические и оптико-электронные приборы. Сб. МВТУ. Под ред. Л.Г.Лазарева, М., Оборонгиз, 1961, 11.0, с. 114. 2.Патент QUA № 3435233, кл. 250207, опублик. 1969 (прототип). Потенциал - t9 t9 Кадулвтор 9топатад Фиг. пд )zd IIS ; Лноа