Импульсное фотоприемное устройство

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Научно-исследовательское республиканское унитарное предприятие Минский НИИ радиоматериалов(72) Авторы Гордеев Николай Александрович Зиневич Сергей Болеславович(73) Патентообладатель Научно-исследовательское республиканское унитарное предприятие Минский НИИ радиоматериалов(57) Импульсное фотоприемное устройство, содержащее лавинный фотодиод, подключенный анодом к входу усилителя, токозадающий резистор и конденсатор, отличающееся тем, что содержит полевой транзистор и истоковый резистор, причем сток полевого транзистора соединен с токозадающим резистором и конденсатором, а исток полевого транзистора соединен с истоковым резистором, второй вывод которого и затвор полевого транзистора соединены с катодом лавинного фотодиода, при этом параметры нормально 11738 1 2009.04.30 открытого полевого транзистора и истокового резистора выбраны так, что при заданном максимально допустимом значении фототока падение напряжения на истоковом резисторе равно напряжению отсечки полевого транзистора, максимальное допустимое напряжение исток-сток и затвор-сток полевого транзистора больше напряжения смещения на лавинном фотодиоде. Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к оптоэлектронике, и может найти применение в системах оптической локации и лазерной дальнометрии. Известна проблема защиты фотоприемного устройства (ФПУ) от разрушения лавинного фотодиода (ЛФД) и (или) входной части усилителя и сохранения при этом высокого быстродействия при воздействии мощного оптического импульса, например, более 2 мВт. Известно ФПУ, в котором катод ЛФД соединен с конденсатором и токозадающими двумя резисторами, один из которых зашунтирован стабилитроном. Анод ЛФД подсоединен к нагрузочному резистору, другой вывод которого соединен с общей шиной 1. Подключение конденсатора к катоду ЛФД обеспечивает максимальное быстродействие, но при воздействии на ЛФД мощного оптического импульса и при малом значении сопротивления нагрузочного резистора возникает большой по величине бросок фототока,который может привести к деградации ЛФД. А при большом значении сопротивления нагрузочного резистора высокое напряжение с конденсатора (более 20 В) поступает на вход усилителя, что может привести к деградации его входной части. Известно также импульсное ФПУ, в котором катод ЛФД соединен с анодом диода, токозадаюшим резистором и конденсатором второй вывод конденсатора соединен с общей шиной, второй вывод резистора и катод диода соединены с источником питания ЛФД,анод ЛФД соединен с входом усилителя. ФПУ имеет защиту усилителя от попадания на его вход высокого напряжения с конденсатора при включении и выключении источника питания ЛФД и сохраняет при этом высокое быстродействие 2. Однако при воздействии на ЛФД оптического импульса большой мощности высокое напряжение с конденсатора (более 20 В) передается на вход усилителя, что приводит к его деградации или, если входное сопротивление усилителя мало, к деградации ЛФД. Задачей изобретения является защита импульсного ФПУ от воздействия оптических импульсов большой мощности. Поставленная задача достигается тем, что импульсное ФПУ, содержащее ЛФД, подключенный анодом к входу усилителя, токозадающий резистор и конденсатор, содержит полевой транзистор и истоковый резистор, причем сток полевого транзистора соединен с токозадающим резистором и конденсатором, а исток полевого транзистора соединен с истоковым резистором, второй вывод которого и затвор полевого транзистора соединены с катодом ЛФД. При этом параметры нормально открытого полевого транзистора и истокового резистора выбраны так, что при заданном максимально допустимом значении фототока падение напряжения на истоковом резисторе равно напряжению отсечки полевого транзистора, максимальное допустимое напряжение исток-сток и затвор-сток полевого транзистора больше напряжения смещения на лавинном фотодиоде. На фигуре изображена принципиальная электрическая схема импульсного ФПУ, которое содержит ЛФД 1, анод которого соединен с входом усилителя 2, токозадающий резистор 3 и конденсатор 4, соединенные со стоком полевого транзистора 5, а исток полевого транзистора 5 соединен с истоковым резистором 6, второй вывод которого и затвор полевого транзистора 5 соединены с катодом ЛФД 1. Устройство работает следующим образом. Необходимое значение напряжения смещения и ток смещения ЛФД 1 задаются соответствующим значениемсм и токозадающим резистором 3, который, совместно с конденсатором 4, является НЧ-фильтром. Импульс фототока ЛФД 1 поступает на вход усилителя 2. Полевой транзистор 5 и истоковый рези 2 11738 1 2009.04.30 стор 6, включенные последовательно в цепь питания между катодом ЛФД 1 и токозадающим резистором 3, ограничивают ток и напряжение, поступающие с конденсатора 4 на вход усилителя 2 при больших уровнях импульсного светового воздействия на ЛФД 1. Поставленная задача достигается также тем, что параметры нормально открытого полевого транзистора 5 и истокового резистора 6 выбираются такими, чтобы при заданном максимально допустимом значении фототока (например 1 мА) падение напряжения на истоковом резисторе 6 стало равным напряжению отсечки полевого транзистора 5 (например 1 В), при этом полевой транзистор 5 запирается и таким образом защищает как по максимальному допустимому фототоку, так и по напряжению ЛФД 1 и усилитель 2 от деградации. При уровнях фототока до 100 мкА быстродействие ФПУ ухудшается незначительно, поскольку сопротивление последовательно включенных полевого транзистора 5 и истокового резистора 6 раз в пять меньше сопротивления токозадающего резистора 3. Максимальное допустимое напряжение исток-сток и затвор-сток полевого транзистора 5 должно быть больше напряжения смещения на ЛФД 1. Если это напряжение меньше, то необходимо дополнительно последовательно подключить аналогично включенные полевой транзистор 5 и истоковый резистор 6 с тем, чтобы их суммарное максимальное допустимое напряжение исток-сток и затвор-сток было больше напряжения смещения на ЛФД 1. Если начальный ток полевого транзистора 5 равен значению максимально допустимого фототока, то истоковый резистор 6 можно исключить. В качестве полевого транзистора 5 можно использовать -канальный МОП-транзистор обедненного типа. Пример реализации предлагаемого устройства. В качестве ЛФД можно использовать германиевый ЛФД типа ЛФДГ-150 производства ФГУП НИИ ПОЛЮС, г. Москва. В качестве двух последовательно включенных полевых транзисторов можно использовать 2 П 307 Б 3 при значении сопротивления истоковых резисторов 500 Ом. При напряжении отсечки полевых транзисторов 1 В максимальный импульсный фототек ЛФД будет не более 2 мА. Источники информации 1. Нисида К., Накадзима М. Температурная зависимость и стабилизация лавинных фотодиодов // Приборы для научных исследований Русский перевод. - Т. 43. -9. - 1972. С. 117-122. 2. Патент США 5089788, МПК 5 Н 03 3/08, 1992 (прототип). 3. Аксенов А.И., Нефедов А.В. Отечественные приборы специального назначения Справочник. - М. Солон-Р, 2002. - С. 312. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3