Фотопреобразователь ФЦ202 представляет собой микросхему, выполненную на базе кремния и содержащую на одном кристалле фотодиод площадью 2x2 мм2 и узел из последовательно сопряженных с ним элементов с зарядовой связью. Микросхема предназначена для преобразования (интегрирования) тока фотодиода в эквивалентный ему уровень напряжения. Характерная особенность преобразователя, отличающая его от подобных приборов, - более высокие характеристики фотопреобразования.

Конструктивно фотопреобразователь выполнен в круглом металлостеклянном корпусе 301.8-1 с восемью жесткими проволочными выводами (рис. 1). В крышке корпуса со стороны, противоположной выводам, предусмотрено круглое отверстие для доступа света.

Фотопреобразователь ФЦ202 может быть использован как в прецизионных электронно-оптических системах, так и в аппаратуре бытового назначения.

Цоколевка преобразователя: выв. 1 - подложка, плюсовой вывод напряжения питания; выв. 2 - вход напряжения смещения фотодиода; выв. 3 - вход импульса окончания цикла накопления заряда и начала считывания; выв. 4 - вход импульса окончания цикла считывания; выв. 5 - вход исходного напряжения стока; выв. 6 - выход; выв. 7 - минусовой вывод напряжения питания; выв. 8 - свободный.

Основные технические характеристики

Абсолютная спектральная чувствительность фотопреобразователя ФЦ202 в рабочем интервале длины волны представлена на рис. 2.

Для обеспечения работы фотопреобразователя ФЦ202 к нему необходимо подвести, кроме напряжения питания, два коротких импульса низкого уровня, один - на вход F, а другой - на RG. Эти импульсы должны иметь, во-первых, одинаковый период, так как его значение определяет необходимое время цикла интегрирования фототока, и, во-вторых, смещение (фазовый сдвиг) во времени. Смещение импульсов, точнее говоря, время между плюсовым перепадом импульса F и минусовым перепадом импульса RG, задает интервал, в течение которого напряжение, эквивалентное интегралу от фототока, будет присутствовать на выходе прибора. Все остальное время на выходе будет уровень, близкий к темновому напряжению.

Импульсы с необходимыми параметрами могут быть сформированы с использованием микросхем КМОП. На рис. 3 представлен один из множества возможных вариантов схемы формирователя импульсов и подключения его к преобразователю ФЦ202.

На рис. 4 приведены диаграммы сигналов в характерных точках устройства.

Задающий генератор на инверторах КМОП DD1.1, DD1.2 вырабатывает непрерывную последовательность импульсов частотой около 50 Гц, форма которых близка к "меандру". С генератора снимают две парафазные последовательности. Одна с выхода инвертора DD1.2 поступает через дифференцирующую цепь R2C2 на вход инвертора DD1.3, вторая - с выхода инвертора DD1.1 через аналогичную дифференцирующую цепь R3C3 - на вход инвертора DD1.4. При этом дифференцирующие цепи по фронту входных импульсов формируют короткие плюсовые импульсы размахом примерно до 7 В. На выходе инверторов DD1.3, DD1.4 формируются минусовые импульсы длительностью около 15 мкс.

Они поступают на входы F и RG фотопреобразователя и управляют его работой. Их период задает цикл интегрирования фототока tц.и - около 20 мс, а смещение по времени - время действия выходного сигнала (время экспозирования) tэ- около 10 мс. В общем случае интервал временного смещения тактовых импульсов на входах F и RG можно устанавливать произвольно, но в определенных пределах, соответственно которым строят схему формирователя импульсов.

Это дает возможность произвольно устанавливать вид (форму) выходного сигнала - от коротких импульсов до почти постоянного уровня. В случае, когда требуется получить максимально возможную пороговую чувствительность, время (цикл) интегрирования фототока должно быть также максимальным, т. е. период импульсов на входах F и RG должен достигать 200 мс.

Напряжение питания также допустимо изменять в пределах от 5 до 15 В, но при этом соответственно будут изменяться как уровень темнового напряжения, так и пределы изменения напряжения выходного сигнала - примерно от 2 до 7 В. В случае необходимости уровень темнового напряжения можно легко сместить к нулевому уровню, подключив к выходу фотопреобразователя цепь VD1R5. Тип стабилитрона зависит от значения смещения; например, при напряжении питания 12 В подойдет стабилитрон КС168А.

Автор: О.Черевань, г.Санкт-Петербург