Полупроводниковый оптический датчик

 

Использование: в области контрольно-измерительной техники, как датчик оптического излучения в различных устройствах автоматического управления технологическими процессами. Сущность: в устройстве осуществляется преобразование управляемого светом сопротивления в частоту , для чего полевые транзисторы выступают в качестве емкостного элемента колебательного контура, а индуктивным элементом служит пассивная индуктивность. Полупроводниковый оптический датчик содержит два источника напряжения, которые осуществляют питание двух полевых транзисторов через фоторезисторы. Истоки полевых транзисторов соединены между собой. Параллельно стокам полевых транзисторов подключена последовательная цепочка, состоящая из пассивной индуктивности и конденсатора. 1 ил.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано как датчик оптического излучения в различных устройствах автоматического управления технологическими процессами.

Известны устройства для измерения интенсивности оптического излучения, которые состоят, из фотодиода и операционного усилителя. Фотодиод представляет собой полупроводниковую p-i-n структуру, в которой тонкие проводящие слои p и n-типа разделены областью нелегированного высокоомного кремния (i). При попадании на p-i переход световых лучей возникает фототок, величина которого изменяется линейно в зависимости от интенсивности падающего света. Преобразование ток-напряжение с обеспечением линейности выходного напряжения осуществляется с помощью резистора в цепи обратной связи операционного усилителя [1].

Недостатком таких устройств является низкая чувствительность, особенно в области слабых интенсивностей оптического излучения, так как при этом резко снижается скорость оптической генерации носителей заряда.

Наиболее близким техническим решением к изобретению можно считать фотоэлектрический преобразователь [2]. Его конструкция представляет собой высокоомную полупроводниковую подложку, на которой расположен канал с низкой концентрацией легирующей примеси, на котором сформированы области стока и истока с высокой концентрацией легирующей примеси, имеющие тип проводимости, противоположный типу проводимости подложки. Поверх канала расположена H-образная накопительная область затвора с типом проводимости подложки. H-накопительная область собирает заряды, возникающие при освещенности поверхности прибора. Величина тока, протекающего между истоком и стоком через накопительную область, измеряется в соответствии с ее потенциалом.

Недостатком известного устройства является низкая чувствительность и точность измерения, связанная с тем, что изменение освещенности канала полевого транзистора приводит к небольшим изменениям напряжения на затворе, а это в свою очередь - к небольшим изменениям тока стока.

В основу изобретения поставлена задача создания полупроводникового оптического датчика, который обладает высокой чувствительностью и точностью измерений.

Поставленная задача решается таким образом, что в известном устройстве преобразование тока в напряжение заменяется в предполагаемом устройстве преобразованием управляемого светом сопротивления в частоту, для чего конструкция устройства выполнена в виде полупроводникового оптического датчика, содержащего два фоточувствительных элемента, электрически связанных с двумя последовательно включенными источниками электропитания, в которой введены два полевых транзистора, конденсатор и пассивная индуктивность и в качестве фоточувствительных элементов использованы фоторезисторы, причем затвор первого полевого транзистора через первый фоторезистор и первый источник электропитания соединен со стоком второго полевого транзистора, а затвор второго полевого транзистора через второй фоторезистор соединен со стоком первого полевого транзистора, истоки первого и второго полевых транзисторов соединены между собой, первый вывод пассивной индуктивности подключен к стоку первого полевого транзистора, первому выводу второго фоторезистора и первому полюсу второго источника электропитания, а второй вывод пассивной индуктивности соединен с первым выводом конденсатора, к которому подключается первая выходная клемма, а второй вывод конденсатора подключен к стоку второго полевого транзистора, вторым полюсам первого и второго источников электропитания, которые образуют общую шину, к которой подключена вторая выходная клемма.

Использование предлагаемого устройства для измерения интенсивности оптического излучения повышает чувствительность и точность измерения информативного параметра за свет выполнения емкостного элемента колебательного контура в виде полевых транзисторов, в котором изменение сопротивления фоторезисторов под действием оптического излучения преобразуется в изменение емкости, что обеспечивает эффективную перестройку резонансной частоты, а также за счет возможности линеаризации функции преобразования путем выбора величины напряжения источников электропитания.

На чертеже представлен полупроводниковый оптический датчик содержащий источник постоянного напряжения 1, который осуществляет электрическое питание через фоторезистор 2 полевых транзисторов 3 и 4, причем затвор полевого транзистора 3 соединен через фоторезистор 2 со стоком полевого транзистора 4, а затвор полевого транзистора 4 через фоторезистор 5 соединен со стоком полевого транзистора 3, истоки полевых транзистор 3 и 4 соединены между собой. Параллельно стокам полевых транзисторов 3 и 4 подключена последовательная цепочка, состоящая из пассивной индуктивности 6 и конденсатора 7, совместно с источником электрического питания 8. Выход устройства образован первой обкладкой конденсатора 7 и общей шиной.

Полупроводниковый оптический датчик работает следующим образом. В начальный момент времени оптическое излучение не действует на фоторезисторы 2 и 5. Повышением напряжения управляющих источников 2 и 8 до величины, когда на зажимах сток-сток полевых транзисторов 3 и 4 возникает отрицательное сопротивление, которое приводит к возникновению электрических колебаний в контуре, образованном параллельным включением полного сопротивления с емкостным характером на зажимах сток-сток полевых транзисторов 3 и 4 и индуктивным сопротивлением пассивной индуктивности 6. Конденсатор 7 предохраняет источник 8 управляющего напряжения от короткого замыкания через индуктивность 6, а также служит нагрузочным сопротивлением по переменному току, с которого снимается выходной сигнал. При последующей подаче оптического излучения на фоторезисторы 2 и 5 происходит изменение их сопротивления, что приводит к изменению емкостной составляющей полного сопротивления на зажимных сток-сток полевых транзисторов 3 и 4, а это в свою очередь вызывает изменение резонансной частоты колебательного контура.

Формула изобретения

Полупроводниковый оптический датчик, содержащий два фоточувствительных элемента, электрически связанных с двумя последовательно включенными источниками электропитания, отличающийся тем, что в него введены два полевых транзистора, конденсатор и пассивная индуктивность, а в качестве фоточувствительных элементов использованы фоторезисторы, причем затвор первого полевого транзистора через первый фоторезистор и первый источник электропитания соединен со стоком второго полевого транзистора, а затвор второго полевого транзистора через второй фоторезистор соединен со стоком первого полевого транзистора, истоки первого и второго полевых транзисторов соединены между собой, первый вывод пассивной индуктивности подключен к стоку первого полевого транзистора, первому выводу второго фоторезистора и первому полюсу второго источника электропитания, а второй вывод пассивной индуктивности соединен с первым выводом конденсатора, к которому подключается первая выходная клемма, а второй вывод конденсатора подключен к стоку второго полевого транзистора, вторым полюсам первого и второго источников электропитания, которые образуют общую шину, к которой подключена вторая выходная клемма.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для регистрации и измерения потока ИК-излучения

Изобретение относится к электротехнике, в частности к конструированию фотоэлектрических потенциометров для следящих систем, и может быть использовано при изготовлении датчиков угловых и линейных перемещений для устройств автоматики и вычислительной техники

Изобретение относится к усилителям оптических сигналов и может использоваться в системах оптической обработки информации и в волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС)

Изобретение относится к полупроводниковым приборам, чувствительным к ИК-излучению

Изобретение относится к полупроводниковым детекторам ядерных излучений

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к оптическим первичным полупроводниковым преобразователям, предназначенным для преобразования оптической информации в электрический сигнал

Изобретение относится к технике электроизмерений

Изобретение относится к фторполимеризующимся композициям для сухих пленочных фоторезистов водно-щелочного проявления, находящих применение для получения рисунка при изготовлении печатных плат в радиоэлектронной промышленности

Изобретение относится к области ядерной физики и может быть использовано для регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц в нейтронном генераторе со статическим вакуумом

Изобретение относится к области оптико-электронных приборов и может быть использовано как приемник инфракрасного излучения в тепловизионных приборах, теплопеленгаторах, приборах ориентации и экологического мониторинга

Изобретение относится к оптоэлектронике

Изобретение относится к технологии изготовления детекторов теплового электромагнитного излучения - болометров

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам измерения перемещений, и может быть использовано для измерения угловых перемещений бесконтактным методом

Изобретение относится к вакуумной микроэлектронике. Способ создания сверхбыстродействующего вакуумного туннельного фотодиода с наноструктурированным эмиттером включает измерение фототока вакуумного фотодиода, возникающего при облучении непрерывным или импульсным оптическим излучением эмиттера при установке определенного значения ускоряющего напряжения на аноде, при этом облучают планарную поверхность наноструктурированного эмиттера лазерным пучком с длиной волны, выбранной из УФ-, видимого или ИК-диапазона при энергии фотона меньше работы выхода электронов из эмиттера, устанавливают фиксированное значение напряжения на аноде U, не превышающее значение, определяемое из заданного соотношения. Изобретение обеспечивает возможность создания сверхскоростного вакуумного туннельного фотодиода, позволяющего детектировать оптическое излучение микро- и милливаттной мощности в ультрафиолетовой, видимой, ближней и средней инфракрасной областях спектра с временным разрешением, ограниченным диапазоном в сотни фемтосекунд. 6 ил.

Использование: для детектирования инфракрасного излучения на основе болометров или микроболометров. Сущность изобретения заключается в том, что устройство детектирования электромагнитного излучения включает в себя множество элементарных детекторов (32, 320), сгруппированных в один или несколько сборочных узлов (300), причем каждый включает в себя несколько элементарных детекторов (32, 320), а каждый элементарный детектор (32, 320) подключен с помощью межсоединения (32.1, 320.1) к устройству (33) согласования полного сопротивления, при этом устройство детектирования электромагнитного излучения характеризуется тем, что: устройство (33) согласования полного сопротивления является общим для всех элементарных детекторов (32, 320) одного сборочного узла (300), в каждом сборочном узле (300) межсоединения (32.1, 320.1) имеют приблизительно одинаковое значение сопротивления. Технический результат: создание устройства согласования полного сопротивления, способного восстанавливать высокое соотношение сигнал-шум для нескольких элементарных детекторов. 14 з.п. ф-лы, 9 ил.
Наверх