СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛОВ СВЕТОДИОДОВ

Полезная модель относится к контрольно-измерительной аппаратуре для полупроводниковых элементов, а более конкретно, к контрольно-измерительной аппаратуре для исследования временных параметров сигналов светодиодов (LED). Применение стенда для исследования параметров сигналов светодиодов, позволяет проводить отбор быстрых светодиодов, пригодных для их использования в процессе регистрации, накопления и обработки сигналов с фотодетекторов, например, нейтринного телескопа, когда необходимо периодически контролировать отклик фотоэлектронного умножителя оптических модулей при фиксированной слабой импульсной засветке.
Из существующего уровня техники известны лабораторные стенды для изучения характеристик солнечных фотоэлектрических модулей [см., например, Сенигов П.Н., Галишников Ю.П. Лабораторный стенд для изучения характеристик солнечных фотоэлектрических модулей. Полезная модель РФ №91776, 2009], которые содержат источники светового излучения и оптически связанные с ними солнечные фотоэлектрические модули. При этом изучается процесс фотоэлектрического преобразования и электрические характеристики фотоэлектрических модулей.
Также известно устройство для контроля времени жизни светодиодов (LED) [Chiu_Ling Chen, et al. DEVICES AND METHODS FOR LED LIFE TEST. Patent US 7888942, 2011], в котором измеряются только электрические характеристики самого светодиода и поэтому устройство имеет ограниченные функциональные возможности.
Также известен фотометрический стенд для проверки светотехнических характеристик светодиодов в зависимости от времени наработки, содержащий блок преобразования сетевой энергии в виде фильтра-стабилизатора; узел размещения объектов измерения/драйвер группы светодиодов; средства коммутации измерительных и управляющих сигналов; средства измерения и контроля выходных параметров [С. Никифоров. Измерительная лаборатория для комплексного исследования характеристик светодиодов. Компоненты и технологии, 2007, №7, с. 170-175].
Известное решение предназначено для исследования характеристик светодиодов и обеспечивает измерение спектрального распределения энергии излучения, световых потоков и вольтамперных характеристик светодиодов, но не предназначено для измерения, например, временных характеристик светодиодов.
Таким образом, известные технические решения имеют ограниченные функциональные возможности.
Задачей заявляемой полезной модели является расширение функциональных возможностей стенда для исследования параметров сигналов светодиодов.
Техническим результатом, позволяющим решить указанную задачу, является обеспечение возможности исследования временных параметров сигналов светодиодов.
Указанный технический результат достигается за счет создания стенда для исследования параметров сигналов светодиодов, который включает фотодетектор, размещенный в светоизолированном боксе, светодиод с драйвером (специализированная плата светодиода), помещенный в светозащищенный чехол в специализированном механическом разъеме с возможностью оперативно менять экземпляры светодиодов, световод, закрепленный в стенке бокса, один конец которого оптически связан с фотодетектором внутри бокса, а другой - оптически связан со светодиодом и соединен механическим разъемом с цоколем светодиода, управляемый высоковольтный источник напряжения фотодетектора, программируемый контроллер, низковольтный источник питания программируемого контроллера, цифровой осциллоскоп для записи сигналов фотодетектора и персональный компьютер для управления контроллером, причем программируемый контроллер выполнен с возможностью подачи низковольтного питания на драйвер светодиода, управления высоковольтным источником напряжения, драйвером светодиода и осциллоскопом. При этом в качестве фотодетектора использован быстрый фотоэлектронный умножитель с временем нарастания импульса менее 3 нс, а в качестве световода использовано оптоволокно с характеристиками, согласованными с характеристиками светодиода и обеспечивающими наилучшее пропускание оптического излучения светодиода.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На Фиг. 1 показана блок-схема стенда для исследования параметров сигналов светодиодов, где:
1 - фотодетектор,
2 - светоизолированный бокс фотодетектора,
3 - светодиод с драйвером,
4 - светозащищенный чехол светодиода,
5 - специализированный механический разъем светодиода,
6 - световод,
7 - управляемый высоковольтный источник напряжения фотодетектора,
8 - программируемый контроллер,
9 - низковольтный источник питания программируемого контроллера,
10 - цифровой осциллоскоп,
11 - персональный компьютер.
На Фиг. 2 показано фото светодиода с драйвером, где:
3 - светодиод,
12 - драйвер светодиода.
На Фиг. 3 показана диаграмма, иллюстрирующая распределение светодиодов в протестированной серии по величине задержки сигнала светодиода относительно запускающего сигнала триггера. Амплитуда сигнала - 500 мВ.
На Фиг. 4 показана диаграмма, иллюстрирующая распределение светодиодов в протестированной серии по величине времени нарастания сигнала светодиода. Амплитуда сигнала - 500 мВ.
На Фиг. 5 показана диаграмма, иллюстрирующая распределение светодиодов в протестированной серии по величине ширины сигнала светодиода. Амплитуда сигнала - 500 мВ.
Стенд для исследования параметров сигналов светодиодов включает фотодетектор 1, размещенный в светоизолированном боксе 2, светодиод 3 с драйвером 12 (специализированная плата светодиода), помещенный в светозащищенный чехол 4 в специализированном механическом разъеме 5 с возможностью оперативно менять экземпляры светодиодов. В стенке бокса 2 закреплен световод 6, один конец которого оптически связан с фотодетектором 1 внутри бокса 2, а другой - оптически связан со светодиодом 3 и соединен механическим разъемом с цоколем светодиода 3. Напряжение на фотодетектор 1 подается от управляемого высоковольтного источника напряжения 7. Стенд содержит также программируемый контроллер 8, управляемый персональным компьютером 11 и питаемый от низковольтного источника питания 9. Контроллер 8 управляет высоковольтным источником напряжения 7 фотодетектора 1, подачей низковольтного питания на драйвер 12 светодиода 3 и запуском режима записи сигналов цифрового осциллоскопа 10 подачей триггерного сигнала. Цифровой осциллоскоп 10 осуществляет запись сигналов фотодетектора 1.
При этом в качестве фотодетектора 1 может быть использован быстрый фотоэлектронный умножитель с временем нарастания импульса менее 3 нс, а в качестве световода 6 - использовано оптоволокно с характеристиками, согласованными с характеристиками светодиода 3 и обеспечивающими наилучшее пропускание оптического излучения светодиода.
Устройство работает следующим образом.
Для исследования параметров сигнала светодиодов в лабораторных условиях создан стенд (см. фиг. 1), в светоизолированном боксе 2 которого закрепляют фотоэлектронный умножитель Photonis ХР1911 в качестве фотодетектора 1. Для тестирования светодиодов 3 используют быстрый фотоэлектронный умножитель с малым временем нарастания импульса - 2-3 нс, что соответствует высоким требованиям, предъявляемым к сигналам светодиодов. Засветку фотоэлектронного умножителя осуществляют через закрепленный в боксе 2 вывод оптоволокна, используемого в качестве световода 6 и соединенного механическим разъемом с цоколем светодиода 3. Светодиод 3 с драйвером 12 (специализированная плата светодиода - см. фиг. 2) помещают в светозащищенный чехол 4, позволяющий оперативно менять экземпляры светодиодов в специализированном механическом разъеме 5. Светозащищенный чехол 4 исключает опасность засветки фотоэлектронного умножителя, выведенного на рабочий высоковольтный режим для серийных лабораторных измерений. Реализованная схема засветки фотоэлектронного умножителя через оптоволокно позволяет надежно и точно воспроизводить геометрические условия засветки фотоэлектронного умножителя и условия светосбора при замене светодиодов в механическом разъеме в ходе серийных испытаний светодиодов.
Низковольтное питание драйвера 12 светодиода 3 реализовано и управляется через программируемый контроллер 8. Высокое напряжение на фотоэлектронный умножитель подают с высоковольтного источника 7, также управляемого контроллером 8. Контроллер работает от стандартного источника питания 9 с напряжением 12 В. Управление контроллером 8 осуществляют через com-порт персонального компьютера 11.
Напряжение на фотоэлектронный умножитель устанавливают путем ввода в контроллер 8 цифрового кода с помощью компьютера 11, а реально установленное напряжение контролируется и корректируется контроллером 8 в режиме мониторинга.
Контроллер 8 обеспечивает подачу на цифровой осциллоскоп 10 сигнала триггера с назначаемым упреждением (временным интервалом между запуском триггера на регистрацию осциллоскопом и сигналом светодиода) в несколько нс для регистрации фотоэлектронного умножителя вспышки светодиодов 3. С помощью контроллера 8 управляют запуском светодиода 3, изменением частоты запуска, интервала между экспозициями, длительности свечения, порога срабатывания. Сигналы с фотоэлектронного умножителя выводят на осциллоскоп 10 Tektronix в режиме усреднения до 256 сигналов (регулируемый режим с назначаемым интервалом усреднения) и записывают на flash-память. После обработки сигналов получают параметры сигнала светодиодов, некоторые из которых приведены на Фиг. 3-5. Для задержки сигналов разброс (максимальное значение минус минимальное) составил 1.51 нс. Максимальный разброс нарастания сигналов составил 1.4 нс при среднем времени - 3.1 нс. Максимальный разброс времени падения сигналов равен 8.8 нс при среднем значении - 12.0 нс. Разброс ширины сигнала равен 5.1 нс при среднем значении 7.4 нс. По результатам измерений отобраны наиболее «быстрые» светодиоды (с минимальными временами нарастания сигнала) и минимальными значениями разброса параметров.
Таким образом, использование настоящего технического решения существенно расширяет функциональные возможности стендов для исследования параметров сигналов светодиодов. Заявляемый стенд может найти широкое применение в промышленности в качестве контрольно-измерительной аппаратуры для исследования временных параметров сигналов светодиодов, а также в качестве учебной техники для проведения лабораторных исследований параметров и характеристик светодиодов при их работе в различных режимах.