Оптоэлектронное устройство Советский патент 1981 года по МПК G06K7/14 

(54) ОПТОЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО

1

Изобретение относится к оптическим системам со световодными линиями пер.еяачи телеметрической инфор- ; мации и может быть использовано в различных оптоэлектронных устройствах, где требуются измерения малых световых потоков и быстродействутощя& приемники оптического излучения.

Известно устройство, предназначенное для анализа вещества оптическим способом, состоящее из источника освещения и фотоумножителя, регистрирующего интенсивность отраженного света 1.

Известное устройство используется для анализа веществ в лабораториях, где расстояния источник освещ ния - анализируемое вещество фотоумножитель постоянны. Если при измерениях расстояния меняются, устройство работает с большими погрешностями и не обеспечивает нёобходимой точности и помехоустойчивости .

Наиболее близким к данному техническому является устройство, применяемое для считывания информации, содержащее фотодиод, выходной транзистор, диод первый и

второй резисторы полевой транзистор,, резистор упразления и источник пита-, ния, причем катод фотодиода подключен к стоку полевого транзистора, а через диод -к базе выходного транзистора и через первый резистор к истоку полевого транзистора и к Эмиттеру выходного транзистора, затвор полевого транзистора подключен к ползунку регулировочного резистора, коллектор выходного транзистора через второй резистор подключен к аноду фотодиода и к минусу источника питания 2.

Такое схемное решение не может обеспечить высокого быстродействия по следующим причинам: р-п-переход фотодиода Зсциунтирован через резистор RO, помимо собственной емкости перехода Сд,также достаточно большой входной емкостью выходного транзистора Сц, емкостью полевог9 транзистора и емкостью монтажа С, в связи с чем постоянная времени Т внешних цепей фотодиода

получается достаточно большой и амплитуда сигнала на входе усилителя 30 на больших частотах сильно уменьшается, и если не учесть, что выходной каскад не может обеспечить достаточного усиления, то получается весьма низкая чувствительность на высоких частотах. Низкая чувствительность указанной схемы объясняется еще и тем, что полевой транзистор используется как пассивный элемент,- выполняющий роль переменной динамической нагрузки.

Так как одним из факторов/ ограничивающих (йдстродействие фотодиодов являются вышеуказанные паразитные емкости, была сделана попыткасравнительно простьв схемный решением более полно реализовать возможности серийных фотодиодов.

Целью изобретения является повышение быстродействия с сохранением высокой чувствительности.

Поставленная цель достигается тем что в оптозлектронном устройстве, содержащем фотодиод, анод которого через нагрузочный резистор подключен к средней точке первого резистивного делителя, полевой транзистор, исток которого через второй резистивный делитель соединен с землей, а сток - с базой выходного транзистора и через стоковый и эмиттерный резисторы с эмиттером выходного транзистора, коллектор которого через кол лекторынй резистор подключен к земле анод фотодиода подключен к первому затвору полевого транзистора, а катод соединен со вторым затвором полевого транзистора, через резистор с -плюсом источника питания, а через конденсатор обратной связи с истоком полевого транзистора, подключенным через резистор обратной связи к коллектору выходного транзистора.

на чертеже изображена схема оптоэлектронного устройства.

Устройство содержит фотодиод 1, который анодом подключен к первому затвору полевого транзистора 2, а через нагрузочный резистор 3 к сред ней точке первого резистивного делителя, состоящего из резисторов 4 и 5. Средняя точка резистивного делителя подключена к блокировочному конденсатору б, второй конец которого заземлен. Катод фотодиода 1 через рейистор 7 подключен к плюсу источника питани я, а через конденсатор отвратной связи 8 к истоку транзистора 2. Катод (фотбдиода 1 также подключен к второму затвору рэанзист| ра 2. Сток транзистора 2 подключен к базе выходного транзистора 9, а через стоковый резистор.10 к плюсовой шине источника питания. Эмиттер транзистора 9 через эмиттерный резистор 11 подключён к плюсовой шине источника питания, а через конденсатор 12 - к земле. Коллектор транзистора 9 через коллекторный резистор 13 подключен к земле, а через резистор обратной .связи 14 к истоку транзистора 2, подключенному к второму резистивному делителю, состоящему из резисторов 15 и 16. При этом средняя точка второго резие стивного делителя через конденсатор 17 подключена к земле. Выходной сигнал снимается с коллектора транзистора 9.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При поступлении светового импульса на фотодиод 1 в нем генернруется фототок, который приводит к возрастанию падения напряжения на нагрузочном резисторе 3. Изменение сигнала на резисторе 3 усиливается транзистором 2 и поступает на базу транзистора 9, вследствие этого ток коллектора транзистора 9 увеличивается, в результате чего увеличивается падение напряжения на резисторе 13. Часть сигнала с коллектора транзистора 9 через резистор обратной связи 14 поступает на исток транзистора 2 и стремитсякомпенсир9вать изменение тока стока транзистора 2.Сигнал с истока транзистора 2 через конденсатор 8 поступает на ка,тоя фотодиода 1.Так как сигнал с истока транзистора 2 находится в протйвофазе с сигналом на катоде фотодиода 1, тд переменная составляющая сигнгша на фотодиоде уменьшается в 1/(1-Ко.о) раза, ,- коэффициент обратной связи, и зависит от соотношения сопротивлений резисторов 14 и 15. Аналогично уменьшается амплитуда и на первом затворе транзистора 2. Из вышеуказанного следует, что эквивалентные входные емкости полевого транзистора Сэ и фотодиода Сд тоже уменьшаются 1/(

0 раза, что равноценно увеличению npgдельной частоты входного сигнала .без уменьшения чувствительности устройства в зз--раза. Учитывая, что

5 KQ может иметь величину 0,8-0,95, получаем увеличение быстродействия предлагаемого устрояства в 50-100 раз по сравнению с прототипом. .

Таким образом предлагаемое устрой Q ство сштимап1 ио реализует возможности фотодиода при минимал| ном количестве компонентов.

Формула изобретения

Оптоэлектронное устройство, соде1хка1аее фотодиод, анод которого нагрузочный резистор подключен к средней точке первого резистивного

40 делителя,, полевой транзистор, исток которого через второй резистивный делитель соединен с землей, а сток с базой выходного транзистора, и через стоковь и эмиттерный резисторы с змиттером выходного транзистора, коллектор которого через коллекторный резистор подключен к земле, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействи и чувствительности, анод фотодиода подключен к первому затвору полевого транзистора, а катод соединен с вторым затвором полевого транзистора, через резистор с плюсом источника питания, а через конденсатор обратной связи - с истоком полевого

транзистора, подключенным через резистор обратной связи к коллектору выходного транзистора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

0