DE2816580A1

DE2816580A1 - Pyroelektrische detektorschaltungsanordnung und -vorrichtung

Info

Publication number: DE2816580A1
Application number: DE19782816580
Authority: DE
Inventors: Alexander David Annis; Geoffrey Baker
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1977-04-19
Filing date: 1978-04-17
Publication date: 1978-11-02
Also published as: IT1094148B; IT7822332A0; FR2388262B1; GB1580403A; CA1114066A; US4198564A; JPS6215816B2; SE7804285L; SE432155B; FR2388262A1; AU3516278A; DE2816580C2; AU517776B2; JPS53130083A

Description

-V- PHB.32.576

VA/GROE/GK 3.4.1978

"Pyroelektrische Detektorschaltungsanordnung und -vorrichtung"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung mit einem Strahlungsdetektorelement aus pyroelektrischem Material und weiter auf eine pyroelektrische Strahlungsdetektorvorrichtung.

Die Anwendung pyroelektrischen Materials für Strahlungsdetektion, insbesondere Infrarotstrahlungsdetektion, ist allgemein bekannt. Der pyroelektrische Effekt ist die Aenderung einer elektrischen Polarisation in einem Kristall infolge einer Temperaturänderung. Der Polarisationszustand ist im allgemeinen nicht wahrnehmbar, weil er unter Gleichgewichtsbedingungen durch das Vorhandensein freier Ladungsträger ausgeglichen wird, die die Oberfläche des Kristalls durch Leitung durch den

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Kristall und von aussen her erreicht haben. Die Grosse der Polarisation und somit der ausgleichenden Ladung hängt von der Temperatur ab und wenn die Temperatur der-. art geändert wird, dass die Zufuhr ausgleichender Ladungsträger geringer als die Aenderung in der polarisierenden Ladung ist, erfahren die Kristalloberflächen eine wahrnehmbare Aenderung. Dieser Effekt wird in Detektorvorrichtungen dadurch benutzt, dass der Kristall als ein Kondensator mit Elektroden auf einander gegenüber liegenden ebenen Oberflächen ausgebildet wird, die zu der polaren Achse des Kristalls senkrecht sind, wobei die Wiederverteilung der ausgleichenden Ladungsträger bewirkt, dass ein Strom durch eine Schaltung fliesst, die den Kondensator enthält und die Aussenschaltung für den Kristall bildet.

Pyroelektrische Elemente der genannten Konfiguration sind selber empfindlich für Aenderungen in der Temperatur und nicht für absolute Temperaturwerte. Für eine geringe Temperaturänderung dT ist die Aenderung in der Polarisation eines Kristalls der Temperaturänderung proportional, und zwar dP = AdT, wobei Λ den pyroelektrischen Koeffizienten des Kristalls darstellt. Der Strom in der Aussenschaltung ist dem Flächeninhalt der strahlungsempfangenden Elektrode A und auch der Geschwindigkeit proportional, mit der sich die Polarisationsladung, ändert, und zwar

. dP _ ν dT
^{1 = A} dt - ^{A /w} df

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Als Infrarotstrahlungsdetektoren werden pyroelektrische Elemente der beschriebenen Art mit zugehörigen Verstärkermitteln verwendet. Diese Detektoren können derart betrieben werden, dass das von den Verstärkermitteln erhaltene Signal direkt auf Aenderungen in auf das Element einfallender Strahlung bezogen ist. In einem anderen Modus wird die einfallende Strahlung mit einer festen Frequenz unterbrochen und ist das abgeleitete Signal eine konstante Wechselspannung bei dieser Frequenz. Ein wichtiger Parameter in einer Detektoranordnung mit einem Detektorelement und zugehörigen Verstärkermitteln ist das Rauschen, das von mehreren Quellen stammen kann, einschliesslich des Temperatur- oder Strahlungsrauschens, des Johnson-Rauschens-im Kristall, des Stromrauschens in den Verstärkermitteln und des Spannungsrauschens in den Verstärkermitteln.

Ein inhärentes sich bei der Anwendung pyroelektrischer Elemente für die Detektion geringer Signalstrahlung ergebendes Problem war der Effekt grosser unerwünschter Strahlungseingangssignaländerungen, z.B. der Aenderung der Stärke von Sonnenstrahlung unter sich ändernden ¥olkenbedingungen an der Ausgangsschaltung, und auch der Einfluss einer gleichmässigen Temperaturänderung der Umgebung von etwa 1°C/min oder sogar weniger. Da das Element eine Vorrichtung mit verhältnismässig hoher Impedanz ist, ist es üblich, eine Feldeffekttransistorvorverstärkerstufe, die einen Teil der Aussenschaltung bildet, in der Nähe des Detektorelements anzuordnen, wobei

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bei einer derartigen plötzlichen Aenderung der Eingangsstrahlung oder bei einer gleichmässigen Temperaturänderung in der genannten Grössenordnung der Feldeffekttransistorvorverstärker gesättigt wird. Das Problem der Begrenzung des Spannungsanstiegs, der unter den genannten ungünstigen Bedingungen stattfindet, ist, dass etwaige in die Aussenschaltung eingeführte Mittel.nicht derart sein sollen, dass sie einen Rauschfaktor herbeiführen, der den inhärenten Rauschfaktor des Detektorelements selber überschreitet.

Bei den meisten Versuchen zur Herabsetzung des Sättigungseffekts wurde bisher von der Herabsetzung des Wertes eines Gatterableitwiderstandes mit hohem Wert, der über dem Detektorelement angeordnet ist, und somit von der Herabsetzung der Niederfrequenzempfindlichkeit ausgegangen. Dieses Verfahren weist den wesentlichen Nachteil auf, dass das Rauschen des Detektors zunimmt. Siehe dazu US-Patent 3·539-803·

Nach der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung dadurch gekennzeichnet, dass die ein Strahlungsdetektionselement aus pyroelektrisehern Material, einen mit dem Detektorelement verbundenen Feldeffekttransistorverstärker und mindestens eine besonders niedrige Leckströme aufweisende nichtlineare Vorrichtung enthält, die in die Schaltung aufgenommen ist, die die Gate-Elektrode des Feldeffekttransistorverstärkers und das Detektorelement enthält, wobei die genannte Verrichtung dazu dient, die Abweichung in einer Richtung des Eingangssignals des Feld-

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effekttransistorverstärkers zu begrenzen und dadurch die Sättigung bei grossen Einschaltspitzen in der Eingangsstrahlung oder bei gleichinässig zunehmenden geringen Aenderungen in der Eingangsstrahlung zu verhindern. Bei einer derartigen Schaltungsanordnung, in der das pyroelektrische Element, die nichtlineare Vorrichtung und der Feldeffekttransistorverstärker als diskrete Schaltungselemente angebracht sein können, die je für sich oder wenigstens teilweise als eine Hybridmikroschaltung ausgebildet sind, wie nachstehend beschrieben werden wird, bewirkt das Vorhandensein der genannten nichtlinearen Vorrichtung, dass das von dem Feldeffekttransistorvers tärker empfangene Signal unter den meisten der genannten Bedingungen, unter denen bisher Sättigung der Verstärkermittel auftrat, begrenzt wird.

Unter einer "niedrige Leckströme aufweisenden nichtlinearen Vorrichtung" ist hier zu verstehen, dass der Sperrstrom bei einer Sperivorspannuigvon 0,5 V weniger als 20 Pikoamperes sein muss und dass der dynamische Widerstand der Vorrichtung bei einer. Vorspannung gleich Null grosser als 10 Sl ist. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bisher die Anordnung von Span— nuiigsbegrenzungsvorrichtungen über dem pyroelektrischen Element nicht möglich war infolge der Tatsache, dass die Leckströme der genannten Vorrichtungen derart sind, dass unzulässiges Rauschen erzeugt wird, oder anders gesagt, dass die begrenzende Impedanz der Vorrichtungen ungenügend hoch ist, um Beschädigungen infolge des mit einer der-

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artigen Impedanz einhergehenden Rauschens zu vermeiden, aber beim Vorhandensein gewisser sehr niedrige Leckströme aufweisender nichtlinearer Vorrichtungen, die nachstehend im Detail beschrieben werden und einen Innenwiderstand von mehr als 10 Λ bei niedrigen Vorspannungspegeln aufweisen, ist das Problem des mit einem derartigen Widerstand einhergehenden Rauschens nicht mehr vorherrschend und kann mit Rücksicht auf die Vorteile, die durch die Verhinderung des Auftretens von Sättigung des Feldeffekttransistorverstarkers erhalten werden, akzeptabel sein. Ausserdem erfordert die Anbringung einer sehr niedrige Leckströme aufweisenden nichtlinearen Vorrichtung nicht mehr die Anbringung eines Gatterableitwiderstandes über dem Element,wodurch bei der Herstellung gewisser Detektionsvorriclitungen Kosten erspart werden können, wie nachstehend noch beschrieben werden wird.

In jetzt bevorzugten Ausführungsformen der Anordnung sind zwei besonders niedrige Leckströme aufweisende Diodenelemente in der genannten Schaltung, die die Gate-Elektrode des Feldeffekttransistorverstärkers und das Detektorelement enthält, vorhanden, wobei diese Diodenelemente gegensinnig angeordnet sind und dabei zur Begrenzung der Abweichung in der genannten einen Richtung sowie in der entgegengesetzten Richtung dienen. Ausserdem werden vorzugsweise die genannten zwei Diodenelemente durch parallelgeschaltete pn-Dioden gebildet. Bei einer Abwandlung werden jedoch die genannten zwei Diodenelemente durch in Reihe geschaltete Schottky-Diodenelemente

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gebildet.

Auch ist es möglich, zwei Schottky-Dioden zu verwenden, die gegensinnig parallel geschaltet sind.

Andere Möglichkeiten für die besonders niedrige Leckströme aufweisende nichtlineare Vorrichtung umfassen die Anwendung einer oder mehrerer in der Sperrichtung geschalteter Dioden oder einer oder mehrerer Dioden, die durch Grenzschichtfeldeffekttransistorstrukturen gebildet werden, deren Source- und Drainelektroden miteinander verbunden sind.

Selbstverständlich ist es möglich, bei Anwendung besonders niedrige Leckströme aufweisender pn-Dioden die Dioden gegensinnig in Reihe anzuordnen. Es sei aber bemerkt, dass bei in Reihe angeordneten Dioden der Signalbegrenzungseffekt gegebenenfalls nicht vorherrschend ist, wenn die Sperrdurchsc-hlagspannung hoch ist.

Bei Anwendung zweier Diodenelemente ist es nicht für alle Zwecke wesentlich, dass die einzelnen Diodenelemente identische Eigenschaften aufweisen. So ist es in gewissen Fällen möglich, verschiedene Typen von Diodenelementen in dem Elementepaar zu verwenden.

Die Ausgestaltungen der erfindungsgemässen Anordnung können eine Strahlungsdetektorvorrichtung bilden die eine Umhüllung, ein Element aus pyroelektrischein Material, das derart in der Umhüllung angeordnet ist, dass es die zu detektierende Strahlung empfangen kann, wobei dieses Element eine erste und eine zweite Elektrode aufweist, ein Grenzschichtfeldeffekttransistorelement,

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das sich in der Umhüllung befindet und dessen Gate-Elektrode mit der ersten Elektrode des Elements aus pyroelektrischem Material verbunden ist, und mindestens eine besonders niedrige Leckströme aufweisende nichtlineare Vorrichtung enthält, die innerhalb der Umhüllung liegt und elektrisch zwischen der genannten ersten Elektrode und einer sich von der Umhüllung her erstreckenden Anschlussklemme eingeschaltet ist, wobei die Source- und die Drainelektrode des Feldeffekttransistors mit Anschlussklemmen verbunden sind, die sich von der Umhüllung her erstrecken, während die zweite Elektrode des Elements aus pyroelektrischem Material mit einer Anschlussklemme verbunden ist, die sich von der Umhüllung her erstreckt. Eine derartige Detektorvorrichtung, die in einigen nachstehend zu beschreibenden Ausführungsformen drei Anschlussklemmen und in einigen anderen auch nachstehend zu beschreibenden Ausführungsformen vier Anschlussklemmen enthält und als eine Hybridmikroschaltung ausgebildet sein kann, ist besonders vorteilhaft, nicht nur in bezug auf die Schaltungskonfiguration, sondern auch in bezug auf die Struktur. Insbesondere dadurch, dass das Feldeffekttransistorelement und die besonders niedrige Leckströme aufweisende nichtlineare Vorrichtung in derselben Umhüllung wie das pyroelektrisch^ Element untergebracht werden, können sich gegebenenfalls für den Gebraucher ergebende Probleme in bezug auf Impedanzanpassung und Anpassung der Eigenschaften des Feldeffekttransistors an die Eigenschaften des pyroelektrischen

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Elements vermieden werden. Ausserdem werden, wenn die Elemente in einer gemeinsamen Umhüllung untergebracht werden, Probleme in bezug auf elektrische Störung herabgesetzt .

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Detektorvorrichtung der in der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 dargestellten Form,

Fig. 3 ein Schaltbild einer anderen Schaltungsanordnung nach der Erfindung,

Fig. k ein Schaltbild einer weiteren Ausgestaltung der Schaltungsanordnung nach der Erfindung,

Fig. 5 ein Schaltbild einer weiteren Schaltungsanordnung nach der Erfindung, und Fig. 6 ein Schaltbild einer anderen Schaltungsanordnung nach der Erfindung.

Das Schaltbild nach Fig. 1 ist ein Schaltbild einer Vorrichtung, die ein Detektorelement 1 aus pyroelektrischem Material, im vorliegenden Falle aus PLMZT (Bleizirkonat-titanat, das mit Lanthan und Mangan dotiert ist) enthält, das als ein Kondensator dargestellt ist. Für Einzelheiten in bezug auf die Zusammensetzung des pyroele.k trischen Materials sei auf die DE-OS 25 12 401 der Anmelderin verwiesen.

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über den Elektrodenanschlüssen

des Elements 1 sind zwei besonders niedrige Leckströme aufweisende Diodenelemente 2 und 3 angeordnet. Diese Dioden sind gegensinnig angeordnet und werden in der vorliegenden Ausführungsform durch nichteingekapselte pn-Diodenscheiben gebildet; sie sind die normalerweise verwendeten Piko-amperedioden vom Typ Mullard BAV 45> wobei die genannten Scheiben in derselben Umhüllung wie das Element 1 untergebracht sind. Im Rahmen der Erfindung liegt jedoch auch eine derartige Schaltungsanordnung, in der die Diodenelemente durch käuflich erhältliche eingekapselte Dioden, z.B. vom Typ Mullard BAV 45 oder von den Typen Siliconix DPAD 1, DPAD 2 oder DPAD 5, gebildet werden, die entweder innerhalb oder ausserhalb der Umhüllung liegen, in der sich das pyroelektrisch^ Element befindet.

Eine Elektrode des Elements 1 ist mit der Gate-Elektrode eines Grenzscliichtf eldeff ekttraiisistors (JFET) 4 verbunden. In dieser Ausführungsform weist das JFET-Element 4 die Form einer nichteingekapselten Scheibe von einem normalen Typ aus der Serie von Technical Instruments BF 8OO-8O5 auf und liegt auch in derselben ,Umhüllung wie das Element 1. Im Rahmen der Erfindung liegt jedoch auch eine derartige Schaltungsanordnung, in der das JFET-Element durch einen käuflich erhältlichen eingekapselten Grenzschichtfeldeffekttransistor gebildet wird, der entweder innerhalb oder ausserhalb der das pyroelektrisch^ Element enthaltenden Umhüllung an-

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geordnet ist.

In der vorliegenden Ausfuhrungsform sind das pyroelektrische Element 1, die Diodenelemente 2 und 3 und das JFET-Element 4 als eine Hybridmikroschaltung in einer gemeinsamen Umhüllung mit drei in Fig. 1 mit 6, 7 und 8 bezeichneten Anschlussklemmen angeordnet, wobei die Anschlussklemmen 6 und 7 an der Drain bzw. der Source des JFET-Elements liegen und die Anschlussklemme 8 an der zweiten Elektrode des pyroelektrischen Elements 1 liegt.

Beim Betrieb bildet in einer vollständigen

Schaltungsanordnung der Grenzschichtfeldeffekttransistor den.Eingang von Verstärkermitteln, in denen die hohe Impedanz auf der Eingangsseite in eine üblicherweise niedrige Ausgangsimpedanz umgewandelt wird.

Durch das Vorhandensein der Dioden 2 und 3 wird das Eingangssignal an der Gate-Elektrode des JFET-Elements beschränkt, wenn die Eingangs strahlung, für die das Detektorelement empfindlich ist, derart ist, dass eine sehr schnelle Temperaturänderung des Elements oder eine gleichmässige- langsame Temperatüranderung auftritt und dadurch die Sättigung der Verstärkermittel verhindert wird. Mit den besonderen beschriebenen Diodenelementen werden die Spannungsabweichungen des Elements auf nahezu _+ 0,3 V um den konstanten ¥ert beschränkt. Im Falle verhältnismässig langsamer gleichmässiger Temperaturänderungen. z_eB. Äenderungen in der Nähe von 1°C/min oder grosser, wirkt, trotz der Tatsache, dass diese

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Aenderungen in erheblichem Masse zu dem Rauschen infolge der Dioden beitragen, der Detektor noch derart, dass die Verstärkermittel nicht gesättigt sind, wie beim Fehlen der Dioden der Fall wäre.

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer durch das Schaltbild nach Fig. 1 dargestellten Detektorvorrichtungt Die Vorrichtung enthält eine Umhüllung mit einem mit drei Leitungen versehenen Träger 21 mit einer allgemein in der Halbleitertechnik angewandten T0-5~Konfiguration, wobei eine Leitung 22 mit dem metallenen Hauptteil des Trägers verbunden ist und sich die Leitungen 23 und 2k als Stifte durch den genannten Metallteil erstrecken und gegen diesen Teil dux'ch Metall-Glas-Abdichtungen isoliert sind. Der Metallteil des Trägers ist vergoldet und an der oberen Fläche 25 befindet sich ein U-förmiges Untersatzelement 26 mit einer Dicke von nahezu 1 mm aus einem keramischen Material und mit einer vergoldeten Oberfläche. Das Untersatzelement 26 bildet eine Abstützung für einen pyrοelektrischen Kristall aus PLMZT mit einer Dicke von nahezu 35 /um und mit Hauptflächen von nahezu 3>5 mm χ 3»5 mm. Auf der unteren Fläche des Elements 27 liegt eine Elektrode aus Nichrom, die einen elektrischen Kontakt mit dem Goldüberzug auf dem Untersatzelement 26 und dadurch schliesslich mit der Leitung 22 bildet. Auf der oberen Fläche des Elements 27 liegt eine Elektrode 28 aus Nichrom mit einem im allgemeinen rechteckigen Teil von 2,0 mm χ 2,0 mm und einem kleinen rechteckigen Teil 29 von 0,4 mm χ 0,6 mm, der

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sich an einer Ecke erstreckt. Auf der Oberfläche des
Teiles 29 der Elektrode 28 ist mittels eines leitenden
Epoxydharzes eine JFET-Scheibe 30 befestigt. In der
Scheibe 30 bildet das Substrat einen Teil der Gate-Elektrode und an der oberen Fläche befinden sich Source-, Drain und Gate-Elektrodenanschlussfahnen. Die Source- und Drain-Anschlüsse sind über Verbunddrahtkörper 32 und 33 aus Gold mit einem Durchmesser· von 25 /um mit den oberen Flächen der Stifte verbunden, die an den Enden der Leitungen 23 und 24 gebildet sind. Der Gate-Anschluss ist
mit einem ähnlichen Verbunddrahtkörper 34 an eine Seite eines Diodenelements angeschlossen, wie nachstehend beschrieben werden wird.

Neben dem Untersatzelement 26 liegen zwei keramische Abstützungen 37 und 38 von 1 mm χ 1 mm mit einer Dicke von 0,3 mm, die mittels eines Epoxydharzes an der Oberfläche 25 des Trägers 21 befestigt sind. Die oberen Flächen der Abstützungen 37 und 38 sind mit Gold metallisiert. Diodenscheiben 39 und 4θ sind mit Hilfe von SiI-berepoxydschichten an den metallisierten Oberflächen der Abstützungen 36 bzw. 37 befestigt. Von diesen Diodenscheiben, die vom normalen Typ Mullard BAV 45 sind, befinden sich die Hauptelektroden auf gegenüberliegenden
Oberflächen. Weitere Verbunddrahtkörper 43 und 44 verbinden die Dioden miteinander in einer umgekehrten parallelen Konfiguration. Ein weiterer Draht 45 liegt zwischen der metallisierten Oberfläche auf der Abstützung 38 und der Oberflache 25 des Metallträgers. In der Praxis wird die

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Vorrichtung mit einer Metallbuchse vervollständigt, die mit dem Rand des Trägers verschweisst ist und einen Fensterteil aufweist, durch den Strahlung durchgelassen werden kann, die in einem gewünschten Wellenlängenbereich detektiert werden und auf die obere Fläche des PLMZT-Elements 27 einfallen soll.

Bekannte Detektoren mit einem pyroelektrischen Element, einem JFET und einem 3 x 10 Jl Gatterableitwiderstand erfahren eine Sättigung des Verstärkers bei Temperaturänderungsgeschwindigkeiten von nur 0,1°C/min, während es sich mit einem Detektor der an Hand der Fig. beschriebenen Form nicht als möglich erwiesen hat, Sättigung des Verstärkers mit Temperaturänderungsgesciiwindigkeiten von 3°C/min und höher zu induzieren.

Fig. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung mit einem pyroelektrischen Element 31> Diodenelementen 32 und 33 j einem Feldeffekttransistorverstärker 3k und Widerständen R₁ und R . In dieser Schaltung können die Elemente 31» 32 und 33 zusammen mit einem einen Teil der schematisch dargestellten Verstärkermittel 3k bildenden JFET-Element durch eine Vorrichtung der oben an Hand der Figuren 1 und 2 beschriebenen Form gebildet werden. Auch können gesonderte Teile verwendet werden, wobei z.B. die Elemente 31> 32 und 33 den Elementen 1, 2 und 3 der Fig. 1 in bezug auf ihre Eigenschaften nahezu entsprechen.

In der Schaltungsanordnung nach Fig. k entsprechen ein pyroelektrisches Element 51> Diodenelemente

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52 und 53 und ein JFET-Element genau den in der Detektorvorrichtung nach Fig. 2 vorhandenen Elementen. Der Anschluss der Schaltung ist jedoch sofern verschieden, dass die eingekapselte Vorrichtung mit den genannten Elementen nun vier Klemmen 56-59 aufweist. Die Klemmen 56, 57 und 58 entsprechen den Klemmen 6, 7 bzw. 8 in Fig. 1 und den Leitungen 2k, 23 bzw. 22 in Fig. 2. Die vierte Klemme ^ ist an eine Seite der Dioden 52 und 53 angeschlossen und die Verbindungen innerhalb der Detektorvorrichtung mit den Elementen 51-54 sind in geeigneter Weise in bezug auf diejenigen nach Fig. 2 abgeändert.

Ausserdem ist ein Kondensator 55 zu den Dioden parallelgeschaltet. Bei dieser Anordnung können die Dioden ■ und der Kondensator, der in einigen Ausführungsformen weggelassen werden kann, in eine Rückkopplungsleitung zwischen der Ausgangsseite' einer Verstärkungsstufe und dem pyroelektrischen Element aufgenommen werden. Eine Schaltungsanordnung, die eine derartige Detektorvorrichtung der in Fig. 4 dargestellten Art enthalten kann, ist in Fig. 5 dargestellt. In dieser· Schaltungsanordnung bildet das JFET-Element einen Teil der schematisch dargestellten Verstärkermittel 64.

Der Kondensator 55 wird, wenn er in einer Vorrichtung nach Fig. 4 und/oder in einer Schaltungsanordnung nach Fig. 5 vorhanden ist, zur Einstellung der Verstärkung des Gebildes von JFET-Vorverstärker und Detektor in Vereinigung mit R. und R (Fig. 5) verwendet. In dieser Anordnung wild die Spannung über dem Element 51

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auf O V gehalten. Dies kann den Vorteil aufweisen, dass das Rauschen des Elements herabgesetzt wird.

Der Gleichspannungspegel am Ausgang ist dem ■ Logarithmus des Modulus der Temperatüränderungsgeschwindigkeit, die detektiert werden soll, proportional. Bei einer Abwandlung ist, wenn der Kondensator ^^> durch einen Widerstand hohen Wertes ersetzt ist, die Ausgangswechselspannung unabhängig von der Frequenz bis zu der Abfallfrequenz, die durch die Rückkopplungsteile bestimmt wird. Bei der Ausführungsforra nach Fig. 6 enthält die Strahlungsdetektorvorrichtung ein pyroelektrisch.es Element 71» zwei in Reihe geschaltete Schottky-Diodenelemente 7-2 und 73 und ein JFET-Element 7'l . Die Vorrichtung weist nur drei Klemmen J6, 77 und 78 auf und ist in Form einer Hybridmikrοschaltung ähnlich der Vorrichtung nach Fig. 2 ausgeführt. Die Schottky-Diodenelemente 72 und 73 sind mit den Rückseiten gegeneinander über dem Element 71 in Reihe geschaltet.

Durch die Anwendung in Reihe geschalteter Schottky-Dioden statt parallelgeschalteter pn-Dioden

* wird ein grösserer Wirkungsbereich von Spannungen erhalten, die von dem pyroelektrischen Element abgeleitet werden, bevor der Strom begrenzt- wird, wobei die Schottky-Dioden derartige Eigenschaften aufweisen, dass s.ie einem Widerstand konstanten Wertes ähnlich sind, im Gegensatz zu einem Widerstand, der sich logarithmisch ändert. Auf - diese Weise wird ein hoher Linear!tatsgrad bis zu dem Punkt erhalten, an dem die Dioden auf einem hohen Pegel

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leitend werden. Ausserdem tritt keine wesentliche Zunahme des Rauschens infolge der niedrigen Leitfähigkeit der Schottky-Dioden auf, bis die Dioden auf dem genannten hohen Pegel anfangen, leitend zu werden.

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L e e r s e i t e

Claims

PHB.32-576 3.^.1978 H.V. Philips' Giosiiampeitfab^.. % Eindhovsn PATENTANSPRÜCHE:

1. Schaltungsanordnung mit einem Strahlungsdetektorelement aus pyroelektrischem Material, und mit Feldeffekttransistorverstärkermittel, die mit dem Detektorelement verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung mindestens eine besonders niedrige Leckströme aufweisende nichtlineare Vorrichtung (2, 3) enthält, die in der Schaltung angeordnet ist, die die Gate-Elektrode (g) der Feldeffekttransistorverstärkermittel (Οι S, Ό) und das Detektorelement (i) enthält, wobei die genannte nichtlineare Vorrichtung dazu dient, die Abweichung in einer Richtung des Eingangssignals der Feldeffekttransistorverstärkerraittel zu begrenzen und dadurch die Sättigung bei grossen Einschaltspitzen in der Eingangsstrahlung oder bei gleichmässig zunehmenden geringen Aenderungen in der Eingangsstrahlung zu verhindern.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei dieser nichtlinearen Vorrichtungen in Form besonders niedrige Leckströme aufweisender Dioden (2, 3) in der genannten Schaltung vorhanden sind, die die Gate-Elektrode der Feldeffekttransistorverstär-· kermittel und das Detektorelement enthält, wobei die genannten Diodenelemente gegensinnig angeordnet sind und dadurch zur Begrenzung der Abweichung in der einen Richtung sowie in der entgegengesetzten Richtung dienen.

3· Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genajnnten zwei Diodenelemente durch parallelgeschaltete pn-Diodenelemente (2, 3) ge-

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bildet werden.

k. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten zwei Diodenelemente durch in Reihe geschaltete Schottky—Diodenelemente (72, 73) gebildet werden.

5· Schaltungsanordnung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, dass die Diodenelemente parallel über den Elektrodenarischlüssen des Detektorelements (i) angeordnet sind, wobei eine der genannten Elektroden unmittelbar mit der Gate-Elektrode (g) der Feldeffekttransistorverstärkermittel (G, S, D) verbunden ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5j dadurch gekennzeichnet, dass die parallelgeschalteten Diodenelemente (52, 53) in einer Rückkopplungsleitung (R₁, R„ ) zwischen der Ausgangsseite (59) einer Verstärkuiigsstufe (6k) und dem Detektorelement (i) angeordnet sind, wobei die genannte Verstärkungsstufe die Feldef fekttrarisistorverstärkermittel (G, S, D) an ihrer Eingangsseite enthält.

7· Strahlungsdetektorvorrichtung enthaltend eine Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 5> wobei in einer Umhüllung, ein Element aus pyroelektrischem Material, das derart in der Umhüllung angeordnet ist, dass es die zu detektierende Strahlung empfängt, wobei dieses Element eine erste und eine zweite Elektrode aufweist und ein Grenzschichtf elclef f ekttransis torelement, dessen Gate-Elektrode mit der ersten Elektrode des Elements aus pyroelektrischem Material- verbunden ist, angeordnet sind,

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wobei die Source- und die Drainelektrode des Feldeffekttransistors mit sich von der Umhüllung her erstreckenden Anschlussklemmen verbunden sind und die zweite Elektrode des Elements aus pyroelektrischem Material mit einer sich von der_Umhüllung her erstreckenden Anschlussklemme verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Elektrode (28) auf einer Oberfläche des Elements

(27) aus pyroelektrischem Material erstreckt und das Transistorelement die Form einer Scheibe (30) aufweist, die auf einem Teil (29) der genannten ersten Elektrode

(28) montiert ist, wobei das Substrat der Scheibe eine Gate-Elektrode des Transistors bildet und die Diodenelemente (39 > ^O) als gesonderte Scheiben auf mindestens einem Trägerkörper (37» 38) innerhalb dei- Umhüllung (21, 25) vorhanden sind.

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