Схема смещения фотодиода Советский патент 1981 года по МПК H01L31/04 

Изобретение относится к испытаниям и измерениям параметров полупрюводниковых приборов и может быть использовано при применении фотодиодов в автоматике/ фотометрии и связи для работы в условиях.воздействия сильных изменяющихся световых потоко Известна схема смещения, в которой на фотодиод подается напряжение в запорном направлении от источника постоянного тока через нагрузочное сопротивление Ц. Однако такая схема не обеспечивае достаточно стабильной работы фотоди ода в условиях сильных изменяющихся световых потоков, так как создающееся при этом изменение фототока вызывает изменение падения направления .смещения на нагрузочном сопротивлении, а значит и изменение напря жения на фотодиоде и, как следствие изменение его параметров. Известна схема смещения фотодиода содержащая последовательно соединенные сопротивление нагрузки и источник постоянного тока 2. Недостатком этой схемы является то, что в условиях изменяющихся световых потоков она не обеспечивает стабильной работы фотодиода. Цель изобретения - повышение стабильности работы фотодиода в условиях изменяющихся световых потоков. Поставленная цель достигается тем, что в сх;ему смещения фотодиода, содержащую последовательно соединенные сопротивление нагрузки и источник постоянного тока, введены дифференциальный усилитель постоянного тока, регулирующий элемент и два последовательно соед ненных резистора, которые; подключены параллельно-последовательно соединенным фотодиоду и сопротивлению нагрузки, причем один вход дифференциального усилителя постоянного тока соединен с сопротивлением нагрузки, другой - с об1Цей точкой дополнительно введенных резисторов, а выход - с управляющим входом регулирующего элемента, введенного в цепь источника постоянного тока. Кроме того, сопротивление нагрузки является комплексным. На фиг.1 показана схема смещения фотодиода; на фиг.2 - вольт-амперные характеристики фотодиода при разных значениях светового потока ((,Ф2)г на фиг.З - схема смещения фотодиода, когда сопротивление нагрузки является комплексным.: Схема смещения фотодиода содержи фотодиод 1 с сопротивлением 2 нагру ки, источник 3 тока, два добавочных резистора 4 и 5, регулирующий элеме б, дифференциальный усилитель 7 пос тоянного тока (УПТ), потенциометр 8 Схема работает следующим образом Фотодиод включен в одно из плеч моста, другими плечами которого являются сопротивление 2 нагрузки (Кц и резистора 4 и 5 (R и R.,) . Напря жение ди между входами дифференциального УПТ 7 равно ли п,, .н,.-, где ифд.- напряжение на Лотодиоде; 1ФД- ток через фотодиод. При помощи потенциометра 8 устанавливается начальный разбаланс дифференциального УПТ 7, соответствующий напряжению между входами дУо- За счет обратной связи через регулируюЪдий элемент б схема смещения автоматически балансируется таким образом, что . При этом получаетс следующая связь между 1фд v -, RH На «PA-R Эта зависимость аналогична зависимости для известной схемы за исключением положительного знака перед вторым членом в правой части. Изменение знака означает, что при увели чении тока через фотодиод напряжени на фотодиоде также возрастает. На фит. 2 ийображёно семейство вольтамперных Пфд() характеристи фотодиодов при нескольки;{ значениях светового потока ф и нагрузочные характеристики для известной схемы 9 смещения и для предлагаем Л схемы 1 Изменяя сопротивление нагрузки в известной схеме от О до со, можно ре лировать угол наклона нагрузочной характеристики с от 90 до 180°. Предлагаемая схема смещения позволя ет подбором резисторов 4 и 5 регули ровать угол наклона назг-рузочной хар теристики пределах от О до 90°, поддерживая постоянным напряжение на р-п-переходе фотодиода при измепении тока через фотодиод. Е-сли пос ледовательное сопротивление фотодиода равно Rf,,TO напряжение на р-ппереходе , связано с напряжением на фотодиоде следующим образом ир-и ФЛ . Если выбрать в предлагаемой схеме RH , R и R2. таким образом, чтобы RHR2.R RH/ р-и ДЧ независи О R ОТ тока через Фотодиод. счет это го достигается стабилизация фотодио дов в условиях воздействия сильных изменяющихся световых потоков. Сопротивление нагрузки может быть комплексным (дроссель, резонансный контур, обмотка трансформатора и пр.), В таком случае в приведенных выражениях под Ry( следует понимать активную составляющую комплексного сопротивления {фиг,3). Предлагаемая схема смещения фотодиода повы1-:ает стабильность работы фотодиодов в условиях воздействия на них сильных изменяющихся световых потоков: постоянной составляющей светового сигнала в системах оптической связи в поднесущей; фонового излучения в инфракрасных системах фотометрии, радиометрии; гетеродинного излучения в системах с гетеродинным приемом. Схема может быть использована как в устройствах с импульсными световыми сигналами, так и в устройствах с переменными световыми сигналами. Кроме того, предлагаемая схема смещения может быть использована для смещения не только фотодиодов, но и других полупроводниковых приборов: фоторезисторов, полупроводниковых диодов различного назначения и других в тех случаях, когда оказывается полезным иметь нагрузочную характеристику, наклоненную к оси напряжений под углом от О до 90. Формула изобретения 1.Схема смещения фотодиода, содержащая последовательно соединенные сопротивление нагрузки и источник постоянного тока, отличающаяс я тем, что, с целью повышения стабильности работы фотодиода в условиях изменяющихся световых потоков, в нее введены дифференциальный усилитель постоянного тока, регулирующий элемент и два последовательно соединенных резистора, которые подключены к параллельно-последовательно соединенным фотодиоду и сопротивлению нагрузки, причем один вход дифференциального усилителя постоянного тока соединен с сопротивлением нагрузки, другой - с общей точкой дополнительно введенных резисторов, а выходс управляющим входом регулирующего элемента, введенного в цепь источника постоянного тока. 2,Схема поп.1, отличающаяся тем, что сопротивление нагрузки является комплексным. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Соболев И,А., Меламид А.Е. Фотоэлектронные приборы. М., 1974, с.355. 2,Фотодиоды и фототранзисторы. Методы измерения основных фотоэлектрических параметров и определение характеристик.. ГОСТ. 18167-72, с. 12 (прототип),

4 «;

W.