Фотоприймальний пристрій

Реферат: UA 79408 U UA 79408 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Корисна модель належить до напівпровідникової електроніки, а саме до конструкцій фотоприймальних пристроїв (ФПП), і може бути використана в системах вимірювальних приладів, автоматики та оптичного зв'язку. Відомі конструкції фотоприймальних пристроїв для реєстрації різних фізичних величин (світло, тиск, температура, …) на базі вимірювального мосту (так званий міст Уітстона) з чотирьох резистивних елементів в плечах мосту, один чи два з яких є чутливими до вимірюваної величини (активні елементи), а інші є резисторами, не чутливими до зовнішнього сигналу (пасивні елементи) [1]. Найближчим аналогом (прототипом) корисної моделі є ФПП, що містить вимірювальний міст з чотирьох елементів в плечах, включно фотоприймачі. Серед елементів два - активні (фотоприймачі) та два пасивні (резистори) [2]. Недоліком цього ФПУ є мала чутливість до світлових потоків. В основу корисної моделі поставлено задачу забезпечити підвищену працездатність ФПП в області слабких світлових потоків. Технічним рішенням задачі є те, що ФПП, що містить вимірювальний міст з чотирьох елементів в плечах, включно фотоприймачі, як всі чотири елементи використано фоторезистори, причому як дві фоторезистори з позитивним знаком фоточутливості, розташовані у протилежних плечах мосту, використано сірчано-кадмієві фоторезистори. Як два інші, з негативним знаком фоточутливості, використано фоторезистори, які виготовлено із макропористого кремнію. Тобто у двох фоторезисторів, розташованих в протилежних плечах мосту струм зростає із зростанням інтенсивності світла, а у двох інших зменшується. На фіг. 1 приведено електричну схему ФПП. Вона складається з фоторезисторів Rфр1, Rфр2, Rфр3 та Rфр4, які включено в плечі мосту AC, AD, BD та ВС, відповідно. Джерело напруги U0 включено в діагональ мосту АВ. Вихідну напругу (напруга розбалансу мосту) U вих знімають в діагоналі CD. Початкове балансування мосту виконують за допомогою підстроювального резистора Rп. Кожний з фоторезисторів Rфр1, Rфр2, Rфр3, Rфр4 при роботі освітлюється світловим променем. Фоторезистори підібрано таким чином, що при освітленні елементів Rфр1 та Rфр3 їхній опір зменшується, тобто відповідні величини зміни опору ΔR фр10). Роботу ФПП можна проілюструвати наступним чином. При відсутності освітлення міст за допомогою підстроювального резистора Rп збалансовано, потенціали точок С і D вимірювальної діагоналі дорівнюють один одному, вихідний сигнал U вих=0. Освітлення структури потоком світла Φ призводить до зростання струмів (зменшення опору) в ланцюжках фоторезисторів R фр1 та Rфр3 і зменшенню струмів (зростання опору) в ланцюжках фоторезисторів R фр2 та Rфр4. Це призводить до розбалансу мосту, тобто потенціал в точці С зростає, а в точці D зменшується і напруга вихідного сигналу Uвих зростає із збільшенням потоку світла Ф. Для спрощення розгляду припустимо, що у відсутності освітлення початковий опір всіх чотирьох фоторезисторів однаковий і дорівнює R, тобто Rфр1=Rфр2=Rфр3=Rфр4=R. Якщо при освітленні фоторезисторів, незалежно від того, позитивний чи негативний знак фотоструму, ці прирости (відносно темнових струмів) за модулем однакові (ΔR фр1=ΔRфр2=ΔRфр3=ΔRфр4=ΔR), з рішення рівнянь Кірхгофа для електричних контурів, які складають міст, напруга в вимірювальній діагоналі мосту дорівнює Ud  U0 R R , (1) Якщо міст містить тільки два фотоприймачі (прототип), напруга у вимірювальній діагоналі Ud  45 50 55 U0 R 2R , (2) тобто в два рази менша. Вирази (1) і (2) ускладнюються, якщо опори в плечах мосту неоднакові. Таким чином, шляхом включення в одну пару протилежних плечей мосту фоторезисторів з позитивною фотовідповіддю, а в другу пару плечей - з негативною, можна підвищити вихідний сигнал, тобто посилити фоточутливість ФПП. Експериментально міст було забрано на основі двох груп фоторезисторів. Перша група два сірчано-кадмієві фоторезистори ФСК-2 з максимумом в області довжин хвиль λ=0,6…0,6 мкм (фоторезистори Rфр1 та Rфр3). Фотострум в них при освітленні позитивний, тобто ΔRфр1