Фотоприёмники в акустооптических устройствах

УДК 621.372.56

Г.С. Крутчинский

ФОТОПРИЁМНИКИ  В   АКУСТООПТИЧЕСКИХ   УСТРОЙСТВАХ

К фотоприёмным устройствам (ФПУ), применяемым в акустооптических процессорах, предъявляется ряд специфических требований, от выполнения которых в значительной степени зависят точностные и качественные показатели всего устройства в целом. Так динамический диапазон выходных электрических сигналов должен быть не менее 50дБ, время преобразования фотоимпульса для малоапертурных СВЧ акустооптических устройств не должно превышать 50-100 нс, при точности преобразования выходного напряжения 1%. [1].

Этим требованиям не удовлетворяют ФПУ накапливающего типа и ФПУ на основе ПЗС, разработанные, как правило, для других целей и предназначенные для использования в качестве фотодатчиков и приёмников видеоизображений.

 Как показано в [2], для создания ФПУ, обладающих максимальной обнаружительной способностью целесообразно применение пары: фотодиод – операционный усилитель (ОУ). В этом случае фотодиод работает в фотовольтаическом режиме и является генератором тока, а ОУ используется в качестве преобразователя фототока в выходное напряжение. Передаточная функция такого устройства описывается отношением полиномов второго порядка. Достижение минимума длительности переходного процесса (при отсутствии перерегулирования) ограничено частотой единичного усиления ОУ и ёмкостью фотодиода С₀.

            Значительное увеличение быстродействия и расширение  динамического диапазона, ограниченного собственными шумами можно достичь путем введения в схему дополнительных цепей компенсации [3]. Для различных диапазонов световых потоков разработаны две схемы прецизионных ФПУ с собственной компенсацией. Оптимальный выбор параметров схем позволяет минимизировать влияние С₀ и частоты единичного усиления ОУ на передаточную функцию, что и доказывает эффективность собственной компенсации.

Результаты моделирования на Micro-Cap 5.1 c моделями третьего уровня показывают возможность создания прецизионных ФПУ на отечественной элементной базе (С₀=1 пФ с технологическим разбросом до ±50%), которые по своим качественным показателям превосходят зарубежные аналоги, выполненные по субмикронной технологии (С₀=0,01пФ).