Фотоприемное устройство

 

Использование: изобретение относится к быстродействующим измерителям мощности оптического излучения и может быть и и JL использовано в системах оптической локации . Сущность изобретения: фотоприемное устройство содержит последовательно соединенные лавинный фотодиод 1, регулируемый усилитель 2, фильтр 3 нижних частот, два компаратора 4 и 12, дискриминатор 5 длительности импульса, регулируемый источник 6 питания, блок оценки, два источника 8 и 13 опорного напряжения, высокочастотный генератор 9, блок 10 синхронизации , регулируемый источник 11 напряжения , элемент 2 ИЛИ 14. В качестве дискриминатора длительности импульса используется блок, состоящий из счетчика, D- триггера, двух логических элементов НЕ и логических элементов 2И, 2 И-НЕ. 1 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 J 1/44

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ,Cd (21) 4934491/25 (22) 07,05,91 (46) 23.01.93, Бюл. N 3 (71) Научно-исследовательский институт радиооптики (72) А.Е. Соколов (73) А.Е.Соколов (56) Патент США № 4015118, кл. 250 — 211, 1980, Авторское свидетельство СССР

¹ 1679212, кл. G 01 J 1/44, 1989. (54) ФОТОПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Использование; изобретение относится к быстродействующим измерителям мощности оптического излучения и может быть

„„5U 1790742 АЗ использовано в системах оптической локации. Сущность изобретения: фотоприемное устройство содержит последовательно соединенные лавинный фотодиод 1, регулируемый усилитель 2, фильтр 3 нижних частот, два компаратора 4 и 12, дискриминатор 5 длительности импульса, регулируемый источник 6 питания, блок оценки, два источника 8 и 13 опорного напряжения, высокочастотный генератор 9, блок 10 синхронизации, регулируемый источник 11 напряжения, элемент 2 ИЛИ 14, В качестве дискриминатора длительности импульса используется блок, состоящий из счетчика, Отриггера, двух логических элементов НЕ и логических элементов 2И, 2 И вЂ” HE, 1 ил.

1790742 (Изобретение относится к быстродействующим измерителям мощности оптического излучения и может быть использовано в системах оптической локации.

Известно фотоприемное устройство, содержаЩее последовательно соединенные лавинный фотодиод, усилитель, полосовой фильтр, компаратор и регулируемый источник питания, выход которого соединен с ла 1- . винным фотодиодом, выход усилителя соединен с блоком оценки сигнала, второй вход кОмпаратора Соедийен с выходом источника опорного напряжения, а также высокочастотный генератор, выход которого соединен с источником оптического излучения, оптически связанного с лавинным фотодиодом, Недостатком устройства является узкий динамический диапазон принимаемого сигнала, ограниченного с одной стороны шумами входного сопротивления усилителя, а с другой Стороны максимальным сигналом на входном сопротивлении, при котором сказываются нелинейные искажения сигнала из-за уМеньшения напряжения на лавинном фотодиоде, Наиболее близким к изобретению является фотоприемное устройство, содержащее последовательно соединенные лавинный фотодиод, усилитель, фильтр нижних частот, компаратор, дискриминатор длительност и импульса и регулируемый источник Питания, выход которого соединен с лавинным фотодиодом, причем выход усилителя соединен с блоком оценки сигнала, второй вход компаратора соединен с выходом источника опорного напряжения, второй вхЬд дискриминатора длительности импульСа соединен с выходом высокочас тотного генератора, а также источник оптического излучения, оптически связанный с ! лавинным фотодиодом, и блок синхронизации, первый выход которого соединен с источником оптического излучения и блоком оценки сигналов, а второй выход соединен с третьим входом дискриминатора длительности импульса, Недостатком устройства является то, что сигнал, поступающий в блок оценки сигнала, в зависимости от мощности принимаемого оптического излучения, име-! ет различный максимальный уровень. Кроме того, лавинный фотодиод оптическим связан с источником оптического излучения, чтО усложняет оптическую схему фотоприемного устройства, ЦеМью изобретения является упрощение обработки и регистрации сигнала путем стабилизации максимального уровня сигнала, поступающего в блок оценки сигнала и упрощение оптических связей в устройстве.

Поставленная цель достигается тем, что в фотоприемное устройство, содержащее фотодиод, усилитель, фильтр нижних частот, первый компаратор и дискриминатор длительности импульса, а также регулируемый источник питания, первый вход которого соединен с первым выходом дискриминатора длительности импульса, а выход соединен с лавинным фотодиодом, первый источник опорного напряжения, выход которого соединен с вторым входом первого компаратора, блок оценки сигнала, вход которого соединен с выходом усилителя, высокочастотный генератор, выход которого соединен с вторым входом дискриминатора длительности импульса и блок синхронизации, выход которого соединен с третьим входом дискриминатора длительности импульса и синхронизирующим входом блока оценки сигнала, дополнительно введены регулируемыи источник напряжения, второй компаратор, второй источник опорного напряжения, элемент 2 ИЛИ, а усилитель выполнен регулируемым, управляющий вход усилителя соединен с выходом регулируемого источника напряжения, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами дискриминатора длительности импульса, второй выход дискриминатора длительности импульса соединен с первым входом элемента 2ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом регулируемого источника питания, выход регулируемого источника напряжения соединен с первым входом второго компаратора, второй вход которого соединен с вторым источником опорного напряжения, а выход соединен с вторым входом элемента 2 ИЛИ.

На чертеже приведена блок-схема фотоприемного устройства.

Фотоприемное устройство содержит последовательно соединенные лавинный фотодиод 1, регулируемый усилитель 2, фильтр 3 нижних частот, первый компаратор 4 и дискриминатор 5 длительности импульса, а также регулируемый источник 6 питания, первый вход которого соединен с первым выходом дискриминатора 5 длительности импульса, а выход соединен с лавинным фотодиодом 1, блок 7 оценки сигнала, вход которого соединен с выходом регулируемого усилителя 2, первый источник 8 опорного напряжения, выход которого соединен с вторым входом первого компаратора 4, высокочастотный генератор 9, выход которого соединен с вторым входом дискриминатора 5 длительности импульса, блок 10 синхронизации, выход которого соединен с третьим входом дискриминатора 5

1790742

35

55 длительности импульса и синхронизирующим входом блока 7 оценки сигнала, регулируемый источник 11 напряжения, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами дискриминатора 5 длительности импульса, а выход соединен с управляющим входом регулируемого усилителя 2 и первым входом второго компаратора 12, второй вход которого соединен с вторым источником 13 опорного напряжения, а выход соединен с вторым входом элемента 2ИЛИ 14, первый вход элемента 2ИЛИ 14 соединен с вторым выходом дискриминатора 5 длительности импульса, а выход соединен с вторым входом регулируемого источника 6 питания.

В качестве дискриминатора длительности импульса используется блок, состоящий из счетчика, D-триггера, двух логических элементов НЕ и логических элементов 2И, 2И вЂ” НЕ, причем первый вход разрешения счета счетчика является первым входом дискриминатора длительности импульса, счетный вход счетчика является вторым входом дискриминатора длительности импульса, синхронизирующий вход 0-триггера соединен с входом первого элемента НЕ и первыми входами элементов 2И, 2И вЂ” НЕ и является третьим входом дискриминатора длительности импульса; выход элемента 2И является первым выходом дискриминатора длительности импульса, выход элемента

2И вЂ” НЕ является вторым выходом дискриминатора длительности импульса, выход счетчика соединен с D-входом D-триггера и входом второго элемента Н Е, выход которого соединен с вторым входом разрешения счета счетчика, прямой выход 0-триггера соединен с вторым входом элемента 2И, инверсный выход D-триггера соединен с вторым входом элемента 2И вЂ” НЕ, а выход первого элемента НЕ соединен с входом сброса счетчика.

Двухвходовый регулируемый источник питания состоит из двух усилителей по схеме с общим эмиттером, выходы которых через обратно и прямо включенные диоды соединены с интегрирующей RC-цепочкой, напряжение с которой через истоковый повторитель на полевом транзисторе, с соответствующей вольтодобавкой, формируемой стабилитроном, подается на лавинный фотодиод, Двухвходовый регулируемый источник напряжения состоит из прямо и обратно включенныхдиодов, соединенных с интегрирующей RC-цепочкой, напряжение с которой через истоковый повторитель на полевом транзисторе, с соответствующей вольтодобавкой, формируемой стабилитроном, подается на управляющий вход регулируемого усилителя. Регулируемый усилитель может быть выполнен на регулируемых аттенюаторах.

Фотоприемное устройство работает следующим образом.

При использовании в системах оптической локации устройство принимает периодически повторяющиеся сигналы, при этом цикл приема разделен на два интервала: Т1 — прием оптического излучения, Tz — подстройка коэффициента умножения лавинного фотодиода 1 и коэффициента усиления регулируемого усилителя 2. Синхронизация цикла приема осуществляется блоком 10 синхронизации, на выходе которого в интервале Т вырабатывается логический О, а в интервале Tz — логическая 1. Принимаемое оптическое излучение преобразуется лавинным фотодиодом 1 в ток, амплитуда которого пропорциональна коэффициенту умножения лавинного фотодиода 1, Ка входном сопротивлении регулируемого усилителя 2 ток преобразуется в переменное напряжение, которое усиливается регулируемым усилителем 2, и поступает через фильтр 3 нижних частот на первый компаратор 4. Сигнал на первом входе первого компаратора 4 равен

U> = Рс SoMRsxKy, где Рс — мощность принимаемого оптического излучения, So — спектральная чувствительность лавинного фотодиода без умножения, M — коэффициент умножения лавинного фотодиода, R>< — входное сопротивление усилителя, Ky — коэффициент усиления по напряжению, Сигнал на выходе первого компаратора

4 равен логической 1, если U< больше опорного напряжения 0 с первого источника

8 опорного напряжения. При длительности логической 1 на выходе первого компаратора 4 т счетчик дискриминатора 5 длительности импульса досчитывает до заданного числа N, и на его выходе формирует сигнал логической 1, при этом счетчик останавливается. Число N выбирается из соотношения

N =71fi, где f> — частота высокочастотного генератора 9. При отсутствии сигнала логической "1" на выходе первого компэратора 4 на выходе счетчика дискриминатора 5 длительности импульса сохраняется состояние логического "0", При приходе на третий вход дискриминатора 5 длительности импульса импульса логической "1", длительностью Т, по его переднему фронту логическое состояние с выхода счетчика записывается в D1790742 триггер, а сам счетчик обнуляется. Таким образом, при длительности логической "1" на выходе компаратора 4, превышающей т1 на выходах дискриминатора 5 длительности импульса во время Т2 формируются логические состояния "11", при длительности логической 1 на выходе первого компаратора 4 меньше r> на выходе дискриминатора длительности импульса 5 формируются логические состояния "00". Во время интервала Т1 на выходе дискриминатора 5 длительности импульса формируются логические состояния "01", которые не приводят ! к изменению в течение Т1 коэффициента лавинного умножения фотодиода 1 и коэффициента усиления регулируемого усилителя 2. При логическом состоянии "11" на входах регулируемого источника 11 напряжения напряжение на RC-цепочке и на выходе регулируемого источника 11 напряжения увеличивается, а коэффициент усиления регулируемого усилителя 2 умень1 шается, При логическом состоянии "00" на входах регулируемого источника 11 напряжения напряжение на его выходе уменьшается,, а коэффициент усиления регулируемого усилителя 2 увеличивается, При напряжении на выходе регулируемого источника 11 напряжения меньше Upg2 напряжения второго источника 13 опорного напряжения, коэффициент усиления регулируемого усилителя 2 поддерживается при максимальном значении, на выходе второго компаратора 12 формируется логической

"0", и сигнал с выходов дискриминатора 5 длительности импульса подаются на входы регулируемого источника 6 питания без изменений, При логическом состоянии "11" на входах регулируемого источника 6 питания напряжения íà RC-цепочке и на выходе регулируемого источника 6 питания уменьшается, и уменьшается коэффициент

1 умножения лавинного фотодиода 1. При логическом состоянйи "00" на входах регулируемого источника 6 питания напряжение на его выходе увеличивается и увеличивает1 ся коэффициент умножения лавинного фоФормула изобретения

Фотоприемное устройство, содержащее последовательно соединенные лавинный фотодиод, усилитель, фильтр нижних частот, первый компаратор и дискриминатор длительности импульса, а также регулируемый источник питания, первый вход которого соединен с первым выходом диск5 10

45 тодиода 1. Увеличение коэффициента умножения лавинного фотодиода 1 происходит только при максимальном коэффициенте усиления регулируемого усилителя 2, Коэффициент усиления регулируемого усилителя

2 меньше максимального при напряжении регулируемого источника 11 напряжения U2 больше напряжения второго источника опорного напряжения 13 Оов2. При этом на выходе второго компаратора 12 формируется логическая "1", на выходе элемента 2ИЛИ

14 формируется логическая "1" и при команде с выходов дискриминатора длительности импульса 5 "00" на входы регулируемого источника питания поступает команда "01"— сохранение коэффициента лавинного умножения. Таким образом, при большой мощности принимаемого оптического излучения лавинный фотодиод 1 поддерживается при минимальном коэффициенте лавинного умножения и регулируется регулируемый усилитель 2, а при малых мощностях сигнала регулируемый усилитель 2 поддерживается при максимальном коэффициенте усиления и регулируется коэффициент лавинного умножения лавинного фотодиода. Границей между двумя режимами является мощность оптического излучения Ргр, Ргр = Upped/БоМмин вхКумакс.

При мощности принимаемого оптического излучения на временном отрезке z 1 в течение интервала Т>. равной Pc < Prp, лавинный фотодиод 1 подстраивается так, чтобы коэффициент лавинного умножения был равен:

M = МминРгр/Рс.

При любой мощности принимаемого оптического излучения лавинный фотодиод 1 и регулируемый усилитель 2 подстроятся таким образом, чтобы на вход блока 7 оценки сигнала поступал сигнал, максимальная амплитуда которого соответствует напряжению первого источника опорного напряжения 0оп1, а именно, на временном отрезкет1 в течение интервала Т1 превышал

0оп1, а в остальное время был меньше 0ов1. риминатора длительности импульса, а выход соединен с лавинным фотодиодом, первый источник опорного напряжения, выход которого соединен с вторым входом первого компаратора, блок оценки сигнала, вход которого соединен с выходом усилителя, высокочастотный генератор, выход которого соединен с вторым входом дискриминатора длительности импульса и блок синхрониза10

1790742

20

30

Составитель А,Соколов

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Н.Гунько

Редактор Т,Иванова

Заказ 373 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина. 101 ции, выход которого соединен с третьим входом дискриминатора длительности импульса и синхронизирующим входом блока оценки сигнала, отл и ч а ю ще е с я тем, что, с целью упрощения обработки и регистрации сигнала путем стабилизации максимального уровня сигнала, поступающего в блок оценки сигнала и упрощения оптических связей в устройстве, в него дополнительно введены регулируемый источник напряжения, второй компаратор, второй источник опорного напряжения, элемент

2ИЛИ, а усилитель выполнен регулируемым, управляющий вход усилителя соединен с выходом регулируемого источника напряжения, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами дискриминатора длительности импульса, второй выход дискриминатора длительности импульса соединен с первым входом элемента 2ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом регулируемого источника питания, выход регулируемого источника напряжения соединен с первым входом второго компаратора, второй вход которого соединен с вторым источником опорного напряжения, а выход соединен с вторым входом элемента 2ИЛИ.