Фотомикросхема ФДУ-113У-01(02)
Основные преимущества
изменяемое в широких пределах однополярное или двухполярное напряжение питания;
внутренняя цепь обратной связи: 1 МОм и 2,2 пФ или 3,3 пФ (в зависимости от варианта исполнения);
высокая чувствительность;
широкая полоса пропускания (свыше 50 кГц с элементами внутренней обратной связи при напряжении
питания 15 В);
низкие уровни шумового напряжения и тока, приведенные ко входу;
возможность построения различных вариантов схем обработки входного сигнала: включение
фотодиода в фотовольтаическом и фотодиодном (со смещением) режимах, логарифмирование входного
сигнала, схема с емкостной развязкой для работы с переменным оптическим сигналом, возможность
компенсации темновой ошибки, возможность изменения коэффициента усиления в широких пределах и
т.д.
Область применения
медицинская аппаратура;
лабораторное оборудование;
датчики положения и зазора;
фотоанализаторы;
сканеры штрих-кода;
датчики дыма;
детекторы валюты.
Описание
Фотоприемные устройства ФПУ-113У-01 и ФПУ-113У-02 представляют собой смонтированные на печатной
плате коммутации фоточувствительный кристалл с активной площадью 0,5 мм
2
или 3,2 мм
2
и кристалл
сдвоенного операционного усилителя с цепью обратной связи. Сборка помещена в круглый металлический
корпус с 12 выводами (рис.1 и 2).
ФПУ могут работать при однополярном напряжении питания в пределах от 3,2 В до 32 В или при
двухполярном напряжении питания (1,6 - 16,0) В.
Примечание: для стабильной работы выходы операционных усилителей должны быть соединены с
отрицательным выводом источника питания (при двухполярном питании) или с выводом земли (при
однополярном питании) сопротивлением 10 - 15 кОм.
Рис. 1. Структура ФПУ и нумерация выводов:
(1) - катод фотодиода, (2) - корпус, (3) - анод фотодиода, (4) - неинвертирующий вход первого ОУ, (5)
- инвертирующий вход первого ОУ, (6) - выход первого ОУ, (7) - положительный вывод питания, (8) -
выход второго ОУ, (9) - инвертирующий вход второго ОУ, (10) - неинвертирующий вход второго ОУ,
(11) - отрицательный вывод питания, (12) - вывод цепи обратной связи
Рис. 2. Габаритные размеры и расположение выводов ФПУ
Технические характеристики.
Данные приведены для следующих условий работы: температура окружающей среды Т=+25
o
С, напряжение
питания U
пит
=15 В, сопротивление цепи обратной связи первого ОУ R
ос
=1 Мом, емкость цепи обратной
связи первого ОУ С
ос
=2,2 пФ (3,3 пФ для ФПУ-113У-02), сопротивление нагрузки R
н
=10 кОм.
Параметр
Условия измерения
Мин.
Тип.
Макс.
Ед. измер.
Темновая ошибка
1,5
2
3
мВ
Выходное напряжение
12
13,7
В
Шумы:
э.д.с. шума, приведенная ко входу
ток шума, приведенный ко входу
F=10 Гц
F=1000 Гц
F=1000 Гц
24
22
0,03
Трансимпеданс:
резистор обратной связи
точность
температурный коэффициент сопротивления
конденсатор обратной связи
точность
температурный коэффициент емкости
30
1
0,5
2,2(3,3)
15
2
200
30
120
МОм
%
10
-6
/
o
С
пФ
%
10
-6
/
o
С
Частотные характеристики:
ширина полосы пропускания
ФПУ-113У-01
ФПУ-113У-02
55
70
59
77
КГц
КГц
Выход
выходное напряжение
допустимая емкостная нагрузка
(устойчивая работа без генерации)
ФПУ-113У-01
ФПУ-113У-02
U
фд
= 0/10 В
U
пит
-1,3
U
пит
-1,15
50/100
50/75
В
нФ
нФ
Питание:
диапазон напряжений
ток потребления
однополярное
двухполярное
3,2
1,6
32
16
4
В
В
А
Температурный диапазон:
работы
хранения
0
-20
+70
+85
o
С
o
С
Рис. 3. Характеристика спектральной монохроматической чувствительности.
Рис. 4. Амплитудно-частотные характеристики ФПУ с внутренними цепями
обратной связи при напряжении питания 15 В.
(1) - ФПУ-113У-01, (2) - ФПУ-113У-02
Рис.5. Зависимость относительной чувствительности от угла падения светового потока.
(1) - ФПУ-113У-01, (2) - ФПУ-113У-02
Характеристики фоточувствительных структур:
Характеристики операционного усилителя:
Параметр
Условия измерения
Мин.
Тип.
Макс.
Ед. измер.
Эффективная площадь
ФПУ-113У-01
ФПУ-113У-02
0,5
3,2
мм
2
мм
2
Спектральная чувствительность
=870 нм
0,54
0,57
0,6
А/Вт
Темновой ток
ФПУ-113У-01
ФПУ-113У-02
U
фд
= 10 В
0,1
1
нА
нА
Емкость
ФПУ-113У-01
ФПУ-113У-02
U
фд
= 0/10 В
10/2
60/15
пФ
пФ
Собственные шумы
ФПУ-113У-01
ФПУ-113У-02
F=1000 Гц
F=10 кГц
2
6
4
10
Длительность фронта нарастания/спада
ФПУ-113У-01
ФПУ-113У-02
U
фд
= 10 В
13,1/16,5
16,5/18,4
нс
нс
Параметр
Условия измерения
Мин.
Тип.
Макс.
Ед. измер.
Количество ОУ на кристалле
2
Входы:
напряжение смещения
температурный дрейф
ток сдвига
входной ток
дифференциальное входное напряжение
входное напряжение
1
-0,3
2
3
20
30
100
30
32
мВ
мкВ/
o
С
нА
нА
В
В
Шумы:
э.д.с. шума, приведенная ко входу
ток шума, приведенный ко входу
F=10 Гц
F=1000 Гц
F=1000 Гц
24
22
0,03
нВ/
нВ/
пА/
Частотные свойства:
частота единичного усиления
скорость нарастания выходного сигнала
0,5
1
МГц
В/мкс
Выход:
выходной ток втекающий/вытекающий
ток потребления одного ОУ
короткое замыкание выхода ОУ на землю
U
пит
=15В, Т=25
o
С
0,03/20
250
мА
мкА
постоянно
Усилительные свойства:
Варианты использования
На рис.6 показано базовое включение ФПУ. При использовании источников питания с высоким выходным
сопротивлением необходимо подключить фильтрующие емкости по питанию, которые следует разместить
как можно ближе к выводам питания микросхемы. Ток фотодиода пропорцинален мощности падающего
излучения. Выходное напряжение ФПУ равно произведению фототока на сопротивление обратной связи
плюс напряжение смещения первого каскада. Отсюда следует, что для уменьшения темновой ошибки
усиление первого каскада в двухкаскадной схеме при работе с постоянным оптическим сигналом не должно
быть слишком малым (в данном ФПУ трансимпеданс первого каскада должен быть не менее 50-100 кОм).
Рис. 6. Базовая схема включения первого каскада ФПУ (второй ОУ не задействован).
Шумовые характеристики ФПУ определяются собственными шумами ОУ, элементами обратной связи, а
также полосой частот, в которой эти шумы измеряются. Для уменьшения выходных шумов целесообразно
полосу пропускания усилителя сделать равной ширине полосы оптического сигнала, при этом улучшится
соотношение сигнал/шум. Поскольку выходные шумы пропорциональны R
ос
1/2
,а чувствительность
пропорциональна R
ос
, лучшее соотношение сигнал/шум достигается при больших сопротивлениях обратной
связи, однако при этом уменьшается ширина полосы пропускания.
Темновая ошибка включает все источники: темновой ток фотодиода, напряжение смещения входов,
приложенное к неинвертирующему входу первого каскада ОУ и разность входных токов. Однако,
доминирующей составляющей выступает напряжение смещения. Напряжение темновой ошибки может быть
уменьшено практически до нуля при использовании для его регулировки второго ОУ микросхемы (см. рис.
7).
коэффициент усиления с разомкнутой петлей обратной связи
коэффициент усиления большого сигнала
U
пит
=15В, Т=25
o
С
88
50
дБ
Коэффициент ослабления синфазного сигнала
70
дБ
Коэффициент влияния источника питания
65
дБ
PDF 
ZIP