Фотодетектор

Фотодетектор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскмк

Социалнстическик

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТОЗЬСТВУ (6 т ) Дополнительное к авт. свмд-ву (22) Заявлено 22.1275 (21) 2302980/25 (5 )М

Н 01 L 31/ОО с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 30.10.80, Бюллетень ¹ 40

Дата опубликования описания 30.10,80 (53) УДК 621, 382.2 . (088,8) (72) Asòîðû изобретения

В,И. Беляев, B.A.Êóçíåöoâ и Ю.М.Медяник

Всесоюзный научно-исследовательский институт противопожарной обороны МВД СССР (71) Заявитель (54) ФОТОДЕТЕКТОР

Изобретение относится к фотодетекторам, предназначенным для получения переменного электрического сигнала при воздействии переменного све- н 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 (1) . C рез истора нагрузки электрический сигнал через разделительную емкость подается на затвор полевого транзистора. Однако этому фотодетектору свойственна значительная инерционность, обусловленная большой величиной входной емкости, Известен 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 которо го соединен с затвором полевого трайзистора и через резистор — c 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 RC-цепи, где R — сопротивление резистора нагрузки, а С— входная емкость, В данном фотодетекторе

С=С +С„ +С„ +С (1+К ), зи где С „- емкость затвор-исток;

С вЂ” емкость затвор-сток;

С вЂ” емкость фотоэлемента;

С - Емкость монтажа;

Ко - 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.

Следовательно, для уменьшения входной емкости, т.е. для снижения инерционности, нужно выбирать тран585775 эистор с минимальными емкостями переходов. Таким требованиям удовлетворяют полевые транзисторы, но и при их использовании входная емкость имеет довольно большое значение за счет емкостей монтажа и фотоэлемента.

Следует подчеркнуть, что инерционность таких фотодетекторов зависит в основном от типа фотоэлемента, а .так как обычно чем чувствительней фотоэлемент, тем больше его емкость, то невозможно реализовать одновременно и высокую чувствительность и малую инерционность. Поэтому обычно для снижения инерционности этих фотодетекторов уменьшают величину резистора нагрузки, однако, это приводит к уменьшению чувствительности и,, если шум последующего усилителя превышает собственный шум фотоэлемента (фотодиода), то понижается также и обнаружительная способность фотоде- 20 тектора, Этому фотодетектору так же свойственна большая инерционность.

Целью изобретения является повышение быстродействия фотодетектора без уменьшения его чувствительности 25 и обнаружительной способности.

Достигается это тем, что в устройство введен неинвертирующий усилитель, имеющий низкое выходное сопротивление и коэффициент усиления меньше единицы, вход которого соединен с истоком, а, выход — со стоком полевого транзистора и с другим выводом фотоприемника, На чертеже приведена схема описываемого фотодетектора.

Предложенный фотодетектор содержит полевой транзистор 1, затвор которого соединен с общей шиной через резистор 2, з ашунтированный последовательной цепочкой, разделительную 40 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- 5 тор б — 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 последу- О ющего усилителя 9 связан с истоком полевого транзистора 1.

Работа устройства происходит следующим образом, Сигнал от фотоэлемента усиливается транзистором 1 и поступает на усилитель 9. Как отмечалось, инерционность фотодетектора определяется постоянной времени входной RC-цепи, где R — сопротивление резистора 4 нагрузки, а С вЂ” входная емкость. В gp фотодетекторе сопротивление резистора нагрузки выбирается из условия получения максимальной чувствительности н обнаружительной способности, но тогда для реализации минимальной инерционности 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 1 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

С- (С +С ) (1-K()K ) +C) (1-K()) +См, где С „— емкость з ат вор — сток;

С вЂ” емкость затвор- исток;

C — емкость фотодиода;

C — емкость монтажа;

К вЂ” коэффициент передачи каскада на полевом транзисторе 1;

К вЂ” коэффициент передачи усилителя 7.

Таким образом, выбирая коэффициенты передачи Ко и К близкими к единице, можно йочти йолностью скомпенсировать емкости С, Сyg С, т,е, входная емкость, а, следовательно, вибродействие будут определяться только емкостью монтажа, Предлагаемый фотодетектор обладает высокой чувствительностью и малой инерционностью, определяемой только емкостью монтажа, т,е. емкости C

С и С 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 обшей 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 ятем, что, с целью йовышения быстродействия, в него введен неинверти руюший усилитель, имеющий низкое выходное сопротивление и коэффициент усиления меньше единицы, вход которого соединен с истоком, а выход — со стоком полевого транзистора и с другим выводом фотоприемника.

Источники ин формации, принятые во внимание при экспертизе

1, Патент Великобритании

М 1308933, кл, G 1 A опублик

07,03.73, 2. Приборы и техника эксперимента, М 4, 1975, с,130.

Составитель В. Немцев

Редактор Е,Месропова Техред М.Петко Корректор М,Вигула

-г

Заказ 7848/75 Тираж 844 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, г,ужгород, ул,Проектная, 4