SU1170291A1 - Фотоприемное устройство - Google Patents

Abstract

1. ФОТОПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее резистор и термореэистор, фотодиод, два согласованных транзистора , два дифференциальных усилител , источник опорного тока и регистратор , вход которого подключен к выходу первого дифференциального уси- , лител  и к одному выводу резистора, другой вывод которого соединен с общей шиной через терморезистор, причем анод фотодиода подключен к коллектору первого транзистора, а источник опорного тока - к коллектору второго транзистора, отличающеес  тем, что, с целью повьшгени  точности и расширени  динамического диапазона, катод фотодиода соединен с инвертирующим входом второго дифференциального усилител , с базами двух транзисторов и с неинвертирующим входом первого дифференциального усилител , инвертирующий вход которого соединен с коллектором второго транзистора , эмиттер которого соединен с точкой соединени  резистора и терморезистора , причем анод фотодиода и коллектор первого транзистора соединены с неинвертирующим входом второго дифференциального усилител , а S эмиттер первого транзистора соединен ko с общей шиной. 2. Устройство по п.1, о т л и с чающеес  тем, что, с целью повьшени  термостабильности, в него введен дополнительный резистор, включенный последовательно с фотодиодом между входами второго дифференциального усилител . . Г--1 ка (О

Description

Изобретение относитс  к области фотоэлектронных устройств, а именно к логарифмическим фотометрам, и может использоватьс  в высокочастотных фотометрических системах денситометрии , нефелометрии, -экспонометрии и других аналитических приборах. Известно фотометрическое устройство , содержащее фотодиод, два транзистора , два дифференциальных усилител  и регистратор 1 1, Недостатком данного устройства  вл етс  ограниченна  точность. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  фо топриемное устройство (ФПУ), содержа щее фотодиод, два согласованных тран зистора, два дифференциальных усилител , источник опорного тока и регистратор , вход которого подключен к выходу первого дифференциального усилител  и к одному выводу резистора , другой вывод Которого соединен с дбщей шиной через терморезистор, причем анод фотодиода подключен к коллектору первого транзистора, а, источник опорного тока - к коллектору второго транзистора L2J. Недостатком известного устройства  вл етс  ограниченные точность, термостабильность и динамический диапазон . Ограниченные точность и термостабильность обусловлены тем, что второй дифференциальный усилитель, усилива  разность падений напр жений на двух эмиттерных переходах двух согласованных транзисторов ,., вносит погрешность ввиду наличи  собственного напр жени  смещени  IL В результате погрешность преобразовани  выходного сигнала фотоприемного устройства может достичь 10%. Динамический диапазон ограничен тем, что один из транзисторов включен как диод, в результате удовлетворительна  точность логарифмического преобразовани  обеспечиваетс  в диапазоне 4 декад. Цель изобретени  - повьш1ение точности и расширение динамического дн пазона. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в фотоприемном устройстве, содержащем резистор и терморезистор фотодиод, два согласованных транзис тора, два дифференциальных усилител , источник опорного тока и регист ратор, вход которого подключен к вы оду первого дифференциального усиител  и к одному выводу резистора, ругой вывод которого соединен с обей шичой через терморезистор, прием анод фотодиода подключен к колектору первого транзистора, а источник опорного тока - к коллектору второго транзистора, катод фотодиода соединен с инвертирующим входом второго дифференциального усилител , с базами двух транзисторов и с неинвертирующим входом первого дифференциального усилител , инвертирующий вход которого соединен с коллектором второго транзистора, эмиттер которого соединен с точкой соединени  резистора и терморезистора, причем анод фотодиода и коллектор первого транзистора соединены с неинвертирующим входом второго дифференциального усилител , а эмиттер первого транзистора соединен с общей шиной. Кроме того, с целью повышени  термостабильности, в устройство введен дополнительный резистор, включенный последовательно с фотодиодом между входами второго дифференциального усилител . Повьш1ение точности и термостабильности в предлагаемом устройстве обеспечиваетс  за счет введени  дополнительного резистора, сопротивление которого соответствует области стабильности люкс-амперной характеристики фотодиода, так как снижаетс  погрешность преобразовани , св занна  с температурной нестабильностью выходного тока фотодиода. Расширение динамического диапазона достигаетс  за счет того, что логарифмирующие транзисторы работают в одинаковых режимах при одинаковьк коллекторных потенциалах. На фиг.1 представлена принципиальна  схема предлагаемого устройства , на фиг.2 - типична  вольт-амперна  характеристика фотодиода при двух значени х температуры и одинаковой засветке. Устройство содержит фотодиод 1, два согласованных транзистора 2,3, два дифференциальных усилител  А и 5, источник опорного тока 6 и регистратор 7, вход которого подключен к выходу первого дифференциального усилител  5 и к одному выводу резистора 8, другой вывод которого соединен с общей щиной через терморезис3 тор 9, причем анод фотодиода 1 подключей к коллектору первого траизистора 2, а источник опорного тока 6 к коллектору второго транзистора 3, jDesHCTop 10, один вывод которого соединен с катодом фотодиода 1, а другой с выходом и с инвертирующим входом второго дифференциального усилител  4, с базами двух транзисто ров 2 и 3 и с неинвертирующим входом первого дифференциального усилител  5, инвертирующий вход которого соеди нен с коллектором второго транзистора 3, эмиттер которого соединен с точкой соединени  резистора 8 и терморезистора 9, причем анод фотодиода 1 и коллектор первого транзистора 2 соединены с неинвертирующим входом второго дифференциального усилител  4, а эмиттер первого транзистора 2 соединен с общей шиной. Устройство работает следующим образом . При наличии светового потока фотодиод 1 генерирует ток 1. Если входной ток второго дифференциального усилител  4 достаточно мал, то весь ток фотодиода 1 течет через кол лекторный переход первого транзистора 2, причем,он открываетс  настолько , чтобы потенциалы его коллектора и базы были равны, так как второй дифференциальный усилитель 4 включен в режим повторител  напр жени . Фотодиод 1 через дополнительный резистор 10 включен между входами второго дифференциального ус1шител  4, в результате чего напр жение смещени  фотодиода 1 и коллектора первого транзистора 2 близко к нулю, и вли ни  начальных токов их р-р-переходов на точностные и температурные характеристики устройства сведены к минимуму. Как видно из фиг.2, при включении фотодиода без дополнительного резистора 10 его выходной ток зависел бы от температуры. За счет экспериментального подбора сопротивлени  резис тора 10 дл  данного типа фотодиода 1 можно добитьс , чтобы в области рабо чего диапазона освещенностей фотодиод 1 будет работать в области термостабильности люкс-амперных характеристик, т.е. в области пересечени  двух кривых, представленньк на фиг.2. 914 Гак же, клк и псрпыи .ичист(1р 2, торой траитипчч рабсч-агт и транисторном режиме (и птличио от изестного , н котором (1ДИИ транзистор аботаб:т в ди(1дном режиме, что снижат точностные характеристики устройтва из-за р.чи ни  базового тока), о ГОК чере: его коллекторный переод задаетс  источником опорного тоа 6. Потенциалы коллектора и базы втоого транзистора 3 выравниваютс  с омощью первого дифференциального силител  5, которьЛ через резистор 8 существл ет регулирование потенциаа эмиттера второго транзистора 3, Разность падений напр жений на миттерных переходах двух согласоанных транзисторов равна де k - посто нна  Больцмана; Т - температура, К , q - элементарный зар д. При этом можно заметить, что это апр жение равно падению напр жени  а терморезисторе 9, т.е. д,1 ЦВЫУ R -LT . в т 9 в где выходное напр жение первого дифференциального усилител  5. Если выбрать , то получим, что .«tl - if-«. Выбира  в качестве терморезистора 9 резистор с положительным температурным коэффициентом tO,33%/°C, можно обеспечить температурную компенсацию и получить строго логарифмическую св зь выходного напр жени  от светового потока, так как фотодиод обладает линейной люкс-амперной характеристикой в диапазоне до 10-11 декад, т.е. , где S интегральна  чувствительность,ф световой поток. Изобретение позвол ет повысить точность, термостабильность и расширить динамический диапазон, так как из выходного сигнала первого дифференциального усилител  5 удалось исключить дрейф его собственного напр жени  смещени , которое сказываетс 

только на величине выходного тока источника опорного тока 6 и то только под знаком логарифма. Вли ние это пренебрежимо мало, так как источник опорного тока 6 обладает высоким дифференциальным выходным сопротивлением .

Погрешность преобразовани  фотодиодом 1 светового потока в ток уменьшаетс  за счет включени  дополнительного резистора 10.

Динамический диапазон значительно расшир етс  (в 10-100 раз), так как два логарифмирующих транзистора 2 и 3 работают в одинаковых режимах при одинаковых коллекторных потенциалах . При изготовлении макета устройства на корпусных элементах серии

159НТ1В и транзисторах 129НТ1В с применением операциоиньгх усилителей 744УД1А температурна  погрешность 5 устройства составила 0,05%/С.

При использовании фотодиода ФД7К и сопротивлении дополнительного резистора ь ЗОООм погрешность преобра10 зовани  по сравнению с известным

устройством снижаетс  в три раза. Пр специально подобранном фотодиоде и соответствующем сопротивлении дополнительного резистора удаетс  уменьшить погрешность примерно на пор док Предлагаемое устройство обеспечивает логарифмирование в диапазоне до восьми декад, что на два пор дка вьшге динамического диапазона известных фотоприемных устройств.

Claims (2)

1. ФОТОПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее резистор и терморезистор, фотодиод, два согласованных транзистора, два дифференциальных усилителя, источник опорного токаи регистратор, вход которого подключен к выходу первого дифференциального уси- , лителя и к одному выводу резистора, другой вывод которого соединен с общей шиной через терморезистор, причем анод фотодиода подключен к коллектору первого транзистора, а источник опорного тока - к коллектору второго транзистора, отличаю щееся тем, что, с целью повышения точности и расширения динамического диапазона, катод фотодиода соединен с инвертирующим входом второго дифференциального усилителя, с базами двух транзисторов и с неинвертирующим входом первого дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого соединен с коллектором второго транзистора, эмиттер которого соединен с точкой соединения резистора и терморезистора, причем анод фотодиода и коллектор первого транзистора соединены с неинвертирующим входом второго дифференциального усилителя, а эмиттер первого транзистора соединен с общей шиной.

2. Устройство по п.1, о т л и чающееся тем, что, с целью повышения термостабильности, в него введен дополнительный резистор, включенный последовательно с фотодиодом между входами второго дифференциального усилителя.