×
10.06.2014
216.012.d1a5

ТРАНСИМПЕДАНСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИГНАЛОВ ЛАВИННЫХ ФОТОДИОДОВ И КРЕМНИЕВЫХ ФОТОУМНОЖИТЕЛЕЙ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в системах обработки оптической информации, датчиках оптических излучений малой интенсивности, измерителях оптических сигналов в физике высоких энергий и т.п. Техническим результатом является повышение диапазона рабочих частот. Трансимпедансный преобразователь сигналов лавинных фотодиодов и кремниевых фотоумножителей содержит токовый источник сигнала (1), соединенный с токовым входом устройства (2) и эмиттером входного транзистора (3), токостабилизирующий двухполюсник (4), включенный между эмиттером входного транзистора (3) и первой (5) шиной источника питания, источник первого (6) вспомогательного напряжения, соединенный с базой входного транзистора (3), источник второго (7) вспомогательного напряжения, соединенный с базой выходного транзистора (8), эмиттер которого подключен к коллектору входного транзистора (3), двухполюсник коллекторной нагрузки (9), включенный между коллектором выходного транзистора (8) и второй (10) шиной источника питания, буферный усилитель (11), вход которого соединен с коллектором выходного транзистора (8), а выход является выходом устройства (12). Выход устройства (12) соединен с эмиттером выходного транзистора 8 через корректирующий конденсатор (13). 5 ил.
Основные результаты: Трансимпедансный преобразователь сигналов лавинных фотодиодов и кремниевых фотоумножителей, содержащий токовый источник сигнала (1), соединенный с токовым входом устройства (2) и эмиттером входного транзистора (3), токостабилизирующий двухполюсник (4), включенный между эмиттером входного транзистора (3) и первой (5) шиной источника питания, источник первого (6) вспомогательного напряжения, соединенный с базой входного транзистора (3), источник второго (7) вспомогательного напряжения, соединенный с базой выходного транзистора (8), эмиттер которого подключен к коллектору входного транзистора (3), двухполюсник коллекторной нагрузки (9), включенный между коллектором выходного транзистора (8) и второй (10) шиной источника питания, буферный усилитель (11), вход которого соединен с коллектором выходного транзистора (8), а выход является выходом устройства (12), отличающийся тем, что выход устройства (12) соединен с эмиттером выходного транзистора 8 через корректирующий конденсатор (13).
Реферат Свернуть Развернуть

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в системах обработки оптической информации, датчиках оптических излучений малой интенсивности, измерителях оптических сигналов в физике высоких энергий и т.п.

Оптическое излучение (ОИ) включает спектры ультрафиолетовых, видимых и инфракрасных диапазонов. Оно может регистрироваться различными типами фотоприемников, среди которых наиболее часто применяются фотодиоды и кремниевые фотоумножители, реагирующие, как правило, на определенный спектр излучений. Рассматриваемое устройство относится к таким типам преобразователей сигналов.

В задачах выделения оптических сигналов сегодня широко используются преобразователи токов лавинных фотодиодов и кремниевых фотоумножителей на основе каскадов с низким входным сопротивлением - трансимпедансных усилителей (схем с общей базой, каскодных усилителей и т.д.) [1-10]. Для уменьшения уровня собственных шумов таких преобразователей применяется параллельное включение 10-50 элементарных транзисторов [11], образующих входную каскодную структуру. Однако при таком построении микросхем существенно сужается диапазон рабочих частот, что связано, в основном, с эквивалентными паразитными емкостями большого числа (10-50) параллельно включенных транзисторов - их емкостями на подложку и емкостями коллектор-база. В этой связи весьма актуальной является задача построения преобразователей сигналов лавинных фотодиодов и кремниевых фотоумножителей, которые обладают более широким диапазоном рабочих частот при сохранении малого уровня шумов, обусловленными входными транзисторами.

Ближайшим прототипом заявляемого устройства является преобразователь сигналов лавинных фотодиодов и кремниевых фотоумножителей, представленный в монографии «Элементная база радиационно-стойких информационно-измерительных систем / Н.Н.Прокопенко, О.В.Дворников, С.Г.Крутчинский; под общ. ред. д.т.н. проф. Н.Н.Прокопенко - Шахты: ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС», 2011. - С.22, рис.1.12». Он содержит токовый источник сигнала 1, соединенный с токовым входом устройства 2 и эмиттером входного транзистора 3, токостабилизирующий двухполюсник 4, включенный между эмиттером входного транзистора 3 и первой 5 шиной источника питания, источник первого 6 вспомогательного напряжения, соединенный с базой входного транзистора 3, источник второго 7 вспомогательного напряжения, соединенный с базой выходного транзистора 8, эмиттер которого подключен к коллектору входного транзистора 3, двухполюсник коллекторной нагрузки 9, включенный между коллектором выходного транзистора 8 и второй 10 шиной источника питания, буферный усилитель 11, вход которого соединен с коллектором выходного транзистора 8, а выход является выходом устройства 12.

Существенный недостаток известного трансимпедансного преобразователя сигналов лавинных фотодиодов и кремниевых фотоумножителей - прототипа состоит в том, что он обладает недостаточно широким диапазоном рабочих частот, что ограничивает его применение в быстродействующих приемниках оптического излучения.

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в повышении диапазона рабочих частот, который определяется верхней граничной частотой fв устройства (по уровню -3дБ).

Поставленная задача решается тем, что в преобразователе сигналов лавинных фотодиодов и кремниевых фотоумножителей фиг.1, содержащем токовый источник сигнала 1, соединенный с токовым входом устройства 2 и эмиттером входного транзистора 3, токостабилизирующий двухполюсник 4, включенный между эмиттером входного транзистора 3 и первой 5 шиной источника питания, источник первого 6 вспомогательного напряжения, соединенный с базой входного транзистора 3, источник второго 7 вспомогательного напряжения, соединенный с базой выходного транзистора 8, эмиттер которого подключен к коллектору входного транзистора 3, двухполюсник коллекторной нагрузки 9, включенный между коллектором выходного транзистора 8 и второй 10 шиной источника питания, буферный усилитель 11, вход которого соединен с коллектором выходного транзистора 8, а выход является выходом устройства 12, предусмотрены новые элементы и связи - выход устройства 12 соединен с эмиттером выходного транзистора 8 через корректирующий конденсатор 13.

На фиг.1 приведен входной каскад серийно выпускаемой микросхемы Ampl 1-18 [11].

На фиг.2 представлена функциональная схема трансимпедансного преобразователя сигналов (ТПС) лавинных фотодиодов и кремниевых фотоумножителей, соответствующая фиг.1.

На фиг.3 приведена предлагаемая схема трансимпедансного преобразователя сигналов лавинных фотодиодов и кремниевых фотоумножителей.

На фиг.4 показана эквивалентная схема входного каскада трансимпедансного преобразователя сигналов лавинных фотодиодов и кремниевых фотоумножителей в среде PSpice на моделях интегральных транзисторов «АБМК» (Транзисторы: npn GC1E, pnp JFpnp, abmk l.4 (ОАО ″МНИПИ″).

На фиг.5 представлены ЛАЧХ входного каскада фиг.4 при различных значениях емкости корректирующего конденсатора С1=С13.

Трансимпедансный преобразователь сигналов лавинных фотодиодов и кремниевых фотоумножителей содержит токовый источник сигнала 1, соединенный с токовым входом устройства 2 и эмиттером входного транзистора 3, токостабилизирующий двухполюсник 4, включенный между эмиттером входного транзистора 3 и первой 5 шиной источника питания, источник первого 6 вспомогательного напряжения, соединенный с базой входного транзистора 3, источник второго 7 вспомогательного напряжения, соединенный с базой выходного транзистора 8, эмиттер которого подключен к коллектору входного транзистора 3, двухполюсник коллекторной нагрузки 9, включенный между коллектором выходного транзистора 8 и второй 10 шиной источника питания, буферный усилитель 11, вход которого соединен с коллектором выходного транзистора 8, а выход является выходом устройства 12. Выход устройства 12 соединен с эмиттером выходного транзистора 8 через корректирующий конденсатор 13.

Рассмотрим работу схемы трансимпедансного преобразователя сигналов - прототипа фиг.2.

Постоянная времени τв, определяющая верхнюю граничную частоту коэффициента преобразования R(jω) входного тока (iвх) в выходное напряжение Uвых=U12, определяется с учетом формул:

где С14, С15 - паразитные емкости на подложку (С14) и емкости коллектор-база (C15) m=10÷50 параллельно включенных элементарных транзисторов в структуре выходного транзистора 8.

Как следствие, верхняя граничная частота ТПС фиг.2 в уравнении его частотной зависимости R(jω) (1) определяется выражением

В связи с тем, что число элементарных транзисторов в элементе 8, определяющих fв устройства, достаточно велико, диапазон рабочих частот ТПС фиг.2 получается небольшим.

В предлагаемом ТПС фиг.3 эквивалентная емкость СэфΣ на входе буферного усилителя 11 уменьшается и, как следствие, повышается в 7-10 раз. Можно показать, что эквивалентная емкость в коллекторной цепи транзистора 8:

где Ку11 ≈ 1 - коэффициент передачи по напряжению буферного усилителя 11.

Как следствие, верхняя граничная частота ТПС фиг.3

При этом выигрыш по по сравнению с fв схемы фиг.2 достигает значений

где fв - верхняя граничная частота ТПС-прототипа фиг.2, определяемая формулой (3).

Результаты моделирования схемы фиг.3 подтверждают эффект увеличения верхней граничной частоты в заявляемом ТПС - введение новых элементов и связей между ними расширяет диапазон рабочих частот трансимпедансного преобразователя фиг.3 в 7-10 раз.

Таким образом, предлагаемое схемотехническое решение трансимпедансного преобразователя сигналов лавинных фотодиодов и кремниевых фотоумножителей характеризуется более высоким быстродействием.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Патент US 6.590.455fig.1.

2. Патент US 6.069.534 fig.6.

3. Патент US 6.801.084.

4. Патент US 6.218.905.

5. Патент US 6.639.477 fig.3В.

6. Патент US 6.809.594 fig.1.

7. Патент US 5.714.909 fig.2.

8. Патент US 7.042.295.

9. Патент US 4.511.857 fig.3.

10. Патент US 5.345.073 fig.3.

11. Элементная база радиационно-стойких информационно-измерительных систем: монография / Н.Н.Прокопенко, О.В.Дворников, С.Г.Крутчинский; под общ. ред. д.т.н. проф. Н.Н.Прокопенко;

ФГБОУ ВПО «Южно-Рос. гос. ун-т. экономики и сервиса». - Шахты:

ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС», 2011. - С.22, рис.1.12.

Трансимпедансный преобразователь сигналов лавинных фотодиодов и кремниевых фотоумножителей, содержащий токовый источник сигнала (1), соединенный с токовым входом устройства (2) и эмиттером входного транзистора (3), токостабилизирующий двухполюсник (4), включенный между эмиттером входного транзистора (3) и первой (5) шиной источника питания, источник первого (6) вспомогательного напряжения, соединенный с базой входного транзистора (3), источник второго (7) вспомогательного напряжения, соединенный с базой выходного транзистора (8), эмиттер которого подключен к коллектору входного транзистора (3), двухполюсник коллекторной нагрузки (9), включенный между коллектором выходного транзистора (8) и второй (10) шиной источника питания, буферный усилитель (11), вход которого соединен с коллектором выходного транзистора (8), а выход является выходом устройства (12), отличающийся тем, что выход устройства (12) соединен с эмиттером выходного транзистора 8 через корректирующий конденсатор (13).
ТРАНСИМПЕДАНСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИГНАЛОВ ЛАВИННЫХ ФОТОДИОДОВ И КРЕМНИЕВЫХ ФОТОУМНОЖИТЕЛЕЙ
ТРАНСИМПЕДАНСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИГНАЛОВ ЛАВИННЫХ ФОТОДИОДОВ И КРЕМНИЕВЫХ ФОТОУМНОЖИТЕЛЕЙ
ТРАНСИМПЕДАНСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИГНАЛОВ ЛАВИННЫХ ФОТОДИОДОВ И КРЕМНИЕВЫХ ФОТОУМНОЖИТЕЛЕЙ
ТРАНСИМПЕДАНСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИГНАЛОВ ЛАВИННЫХ ФОТОДИОДОВ И КРЕМНИЕВЫХ ФОТОУМНОЖИТЕЛЕЙ
ТРАНСИМПЕДАНСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИГНАЛОВ ЛАВИННЫХ ФОТОДИОДОВ И КРЕМНИЕВЫХ ФОТОУМНОЖИТЕЛЕЙ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 200 items.
27.01.2013
№216.012.215a

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса f. Избирательный усилитель, содержит первый (1) входной транзистор, источник входного сигнала (2),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474039
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.01.2013
№216.012.215b

Избирательный усилитель

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах СВЧ-фильтрации радиосигналов систем сотовой связи, спутникового телевидения, радиолокации и т.п. Техническим результатом является повышение добротности АЧХ усилителя и его коэффициента...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474040
Дата охранного документа: 27.01.2013
10.02.2013
№216.012.24ea

Операционный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является уменьшение входного статического тока ОУ, а также повышение быстродействия ОУ при импульсных входных сигналах. Операционный усилитель содержит первый (1) и второй (2) входные транзисторы, неинвертирующий вход...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474952
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.02.2013
№216.012.24eb

Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном изменения входного синфазного сигнала

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является расширение допустимого диапазона изменения входных синфазных сигналов на 0,7÷0,8, что является существенным улучшением одного из важных качественных показателей ДУ. Дифференциальный усилитель с расширенным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474953
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.02.2013
№216.012.24ec

Токовое зеркало

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение точности передачи малых входных токов токового зеркала Вильсона при его реализации на p-n-p транзисторах с изоляцией p-n переходами на подложку. Токовое зеркало содержит первый (1) входной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474954
Дата охранного документа: 10.02.2013
20.02.2013
№216.012.28b1

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса f. Избирательный усилитель содержит источник сигнала (1), связанный со входом устройства (2), первый (3)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475937
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.28b2

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса f. Избирательный усилитель содержит входной транзистор (1), эмиттер которого через первый (2)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475938
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.28b3

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах СВЧ-фильтрации радиосигналов систем сотовой связи, спутникового телевидения, радиолокации и т.п. Технический результат заключается в повышении добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475939
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.28b4

Радиационно-стойкий дифференциальный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение стабильности коэффициента усиления по напряжению при радиационном воздействии. Радиационно-стойкий дифференциальный усилитель содержит входной дифференциальный каскад (1) с общей эмиттерной цепью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475940
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.28b5

Дифференциальный усилитель с комплементарным входным каскадом

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является обеспечение высокой стабильности статического режима дифференциального усилителя и повышение значения его коэффициента усиления по напряжению. Дифференциальный усилитель с комплементарным входным каскадом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475941
Дата охранного документа: 20.02.2013
Showing 1-10 of 207 items.
27.01.2013
№216.012.204a

Адаптивная машина вращательного бурения

Изобретение относится к горной промышленности, к бурильным машинам вращательного типа. Машина содержит гидродвигатель вращения, гидроцилиндр подачи, напорную и сливную магистрали, подключаемые к маслостанции, регулируемые дросселя, гидрораспределители. Гидродвигатель вращения и гидроцилиндр...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473767
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.01.2013
№216.012.2102

Источник опорного напряжения

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться при проектировании стабилизаторов напряжения, аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей, и других элементов автоматики. Технический результат - упрощение схемы при высокой температурной стабильности выходного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473951
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.01.2013
№216.012.215a

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса f. Избирательный усилитель, содержит первый (1) входной транзистор, источник входного сигнала (2),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474039
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.01.2013
№216.012.215b

Избирательный усилитель

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах СВЧ-фильтрации радиосигналов систем сотовой связи, спутникового телевидения, радиолокации и т.п. Техническим результатом является повышение добротности АЧХ усилителя и его коэффициента...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474040
Дата охранного документа: 27.01.2013
10.02.2013
№216.012.24ea

Операционный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является уменьшение входного статического тока ОУ, а также повышение быстродействия ОУ при импульсных входных сигналах. Операционный усилитель содержит первый (1) и второй (2) входные транзисторы, неинвертирующий вход...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474952
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.02.2013
№216.012.24eb

Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном изменения входного синфазного сигнала

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является расширение допустимого диапазона изменения входных синфазных сигналов на 0,7÷0,8, что является существенным улучшением одного из важных качественных показателей ДУ. Дифференциальный усилитель с расширенным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474953
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.02.2013
№216.012.24ec

Токовое зеркало

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение точности передачи малых входных токов токового зеркала Вильсона при его реализации на p-n-p транзисторах с изоляцией p-n переходами на подложку. Токовое зеркало содержит первый (1) входной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474954
Дата охранного документа: 10.02.2013
20.02.2013
№216.012.282f

Источник опорного напряжения

Устройство относится к области электротехники. Техническим результатом является повышение температурной стабильности выходного напряжения источника опорного напряжения. Для этого предложен источник опорного напряжения, содержащий первый транзистор, база которого подключена к базе второго...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475807
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.28b1

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса f. Избирательный усилитель содержит источник сигнала (1), связанный со входом устройства (2), первый (3)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475937
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.28b2

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса f. Избирательный усилитель содержит входной транзистор (1), эмиттер которого через первый (2)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475938
Дата охранного документа: 20.02.2013
+ добавить свой РИД