16 ФПЗС (1013256)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Фотоприемникн на приборах c зарядной связью. Фотоприемники на приборах c зарядной связью относятся к классу интегральных фотоприемников. Интегральным фотоприемником называется прибор, включающий ряд фотоприемников, выполненных в едином монокристалле и объединенных общей системой управления.

Основная характерная особенность фотоприемников класса ПЗС состоит в том, что электрический сигнал в них представлен не током или напряже­нием, как в большинстве электронных приборов, а зарядом. Причем, если в обычных ПЗС входной электрический сигнал вводится в виде пакета зарядов, то в фотоПЗС входным сигналом является световой поток.

Принцип действия фотоПЗС основан на эффекте собственного по­глощения фотонов света в полупроводнике. Конструктивно фотоПЗС выполняется в виде ряда элементарных МДП конденсаторов с прозрач­ными в рабочей области спектра излучения затворами. Система управ­ления устанавливает на конденсаторах определенный набор управляю­щих напряжений, создающих в подзатворных областях электрическое поле с определенным распределением напряженности (так называемые потенциальные ямы). Если энергия фотонов падающего света hν >∆E_z — идет процесс гене­рации фотоэлектронов и фотодырок. Основные носители выбрасываются полем из потенциальной ямы, а неосновные - скапливаются в ней. Величина пакета заряда неосновных носителей в каждом элементар­ном МДП конденсаторе будет пропорциональна интенсивности падающего на него света и времени накопления заряда. На величину пакета заряда влияет ряд факторов и концентрация неосновных носителей пакета меняется во времени по закону.

= G_Г+ G_T - G_Р,

где G_Г - скорость генерации фотоносителей; G_T - скорость термо­генерации; G_Р - скорость рекомбинации.

Очевидно, что термогенерация и рекомбинация - мешающие про­цессы, ухудшающие качество фотоПЗС. Термогенерация добавляет лиш­ние неосновные носители, не связанные с интенсивностью падающего света, а рекомбинация уменьшает количество фотоносителей. Таким образом, величина пакета заряда в МДП конденсаторе пропорциональ­на интенсивности света и времени накопления заряда (экспозиции), но храниться пакет может ограниченное время.

Конструктивная особенность ПЗС состоит в том, что элементар­ные МДП конденсаторы расположены друг от друга на расстоянии меньше 1 мкм. Поэтому соседние потенциальные ямы имеют прозрачные границы между ними, и пакет заряда неосновных носителей переносится в потенциальную яму большей глубины. Тем самым реализуется прин­цип зарядовой связи. Система управления ПЗС обеспечивает набор управляющих напряжений, позволяющих перемещать пакеты зарядов в нужном направлении и с нужной скоростью.

Основными параметрами интегрального фотоПЗС являются:

- неэффективность переноса заряда;

- неравномерность темнового фона;

- неравномерность чувствительности фотоячеек;

- пороговая чувствительность;

-динамический диапазон по освещенности;

-крутизна свет-сигнальной характеристики.

Основной характеристикой фотоПЗС является семейство свет-сигнальных характеристик U_С=f(E) при Т_Н=const, где U_С - выходной сигнал прибора; Е - освещенность фотоячеек; Т_Н - время накопления заряда.

Описание лабораторной установки.

Функциональная схема лабораторной установки с использованием линейного фотоприемника К1200ЦЛ1 приведена на рисунке 1.

На верхней панели стенда расположено закрытое непрозрачной крышкой окно, под которым в пенале расположены микросхема К120СЦЛ1 и светодиод АЛ107.

Непосредственно перед оптическим входным окном микросхемы К1200ЦЛ1 уста­новлена мирра (непрозрачная пластина с прорезями). Излучаемый светодиодом АЛ107 световой поток с длиной волны около 1 мкм, проходя через мирру, создает в плоскости фотоячеек микросхемы распределение яр­кости, соответствующее прорезям мирры.

На верхней панели стенда размещены:

- переключатель време­ни накопления фотосигнала (Т_Н= 25, 50, 100, 200 и 400 мс);

- ручка плавной регулировки освещенности в плоскости фотоячеек микросхемы К120СЦЛ1.

Рисунок 1. Функциональная схема лабораторной установки.

На задней стенке стенда расположены унифицированный разъем СШ-5 для подключения источника питания 15 В и клеммы для подклю­чения осциллографа ("Выход", "Синхронизация", "Корпус").

Лабораторная установка позволяет исследовать следующие харак­теристики и параметры фотоПЗС:

- неэффективность переноса зарядов;

- неравномерность чувствительности фотоячеек;

- зависимость пороговой чувствительности от времени накопления;

-зависимость динамического диапазона освещенности от времени накопления;

- семейство свето-сигнальных характеристик;

- зависимость чувствительности по напряже­нию от времени накопления.

Порядок выполнения работы

1.Изучите расположение и назначение измерительных приборов
и органов управления стенда.

2. Установите напряжение источника питания ± 15 В. Включите питание осциллографа, установи­те его в режим внешней синхронизации. Время прогрева стенда - не менее 5 минут.

3. Исследуйте неэффективность переноса зарядов фотоПЗС. Для этого на лицевой панели стенда установите:

- регулировку освещенности фотоприемника в положение E = 0 лк;

- регулировку времени накопления фотозарядов Т_Н= 25 мс;

- переключатель режима ввода информационного сигнала "Электрический - Оптический" ("Эл - Опт") в положение "Эл".

При включении тумблера управления режимом ввода сигнала в положение "Эл" на вход К1200ЦЛ1 поступает периодический, короткий положительный импульс, создающий одиночный зарядовый пакет. Этот пакет, перемещаясь к выходному затвору микросхемы, уменьшается за счет неэффективности переноса заряда. Зарисуйте полученную осциллограмму.

Измерьте по экрану осциллографа величину первого (входного Uс1) и второго (выходного Uс2) зарядовых пакетов и рассчитайте неэффективность переноса зарядов фотоПЗС:

e= Uc2/(Uc1·N)

где N= 1032 - количество ячеек в регистре сдвига данного ти­па ПЗС, равное общему числу переносов заряда.

4. Вычислите неравномерность чувствительности фотоячеек. Для этого переведите тумблер управления режимом ввода сигнала в положение "Опт".

При средней освещенности фотоячеек (E = 2 - 5 лк) установите время накопления Т_Н= 25 мс и зафиксируйте по экрану осциллографа минимальное и максимальное значения выходного сигнала U_{С макс} и U_{C мин}.

По результатам измерений вычислите неравномерность чувствительности фотоячеек:

ΔUc = ((U_{С макс} - U_{C мин} )/U_{С макс})100, %=

при E=const.

5. Измерьте пороговую чувствительность Е_ПОР фотоприемника. Для этого при каждом Т_Н необходимо плавно увеличивать освещенность фотоячеек от 0 до такой освещенности, когда на экране осциллографа появятся на фоне шумов центральные сигнальные "полоски". Эта освещенность, считанная по шкале регулировки освещенности, и есть пороговая чувствительность фотоприемника. Ре­зультаты измерений занесите в таблицу.

ТН , мс	25	50	100	200	400
EПОР, лк

По данным таблицы постройте зависимость E _ПОР=F(Т_Н).

6. Измерьте динамический диапазон фотоприемника. Для этого необходимо при каждом значении времени накопления Т_Н плавно увеличи­вать освещенность фотоячеек до ограничения наибольшего пика выходного сигнала. Это значение освещенности соответствует Е_МАКС. По полученным значениям освещенностей Е_max и соответствующим значениям пороговой чувствитель­ности Е_ПОР, рассчитайте динамический диапазон D, значение которого выразите в дБ по формуле:

D=10·lg(E_МАКС/Е_ПОР).

Результаты расчетов занесите в таблицу.

По данным таблицы постройте зависимость D =f(T_H).

7. Постройте семейство свет-cигнальных характеристик фотоприемника. Для этого необходимо при каждом значении времени накопления Т_Н измерить по экрану осциллографа уровень выходного сигна­ла U_C, последовательно изменяя освещенность фотоячеек E . В пределах E= 0,1...1 лк брать значения освещенности c ша­гом 0,1 лк, далее - с шагом 2 лк.

Результаты измерений занесите в таблицу.

По данным таблицы постройте семейство свет-сигнальных характеристик Uс=f(E) при Т_Н=const.

Для фиксированного значения освещенности Е=const, соответствующей линейной части всех cвет-сигнальных характеристик при малых освещенностях, отметьте на семействе cвет-сигнальных характеристик рабочие точки. В каждой точке рассчитайте чувствительность по напряжению S=Uc/E при T_Н==const. Результаты расчетов занесите в таблицу:

ТН , мс	25	50	100	200	400
S , В/лк

12. По данным таблицы постройте зависимость S =f(Т_Н) при E = const.

Видно, что чувствительность прибора растет с увеличением времени накопления Тн. Предельный уровень выходного напряжения определяется эффектом заполнения потенциальных ям фотоносителями.

ОТЧЕТ

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов лабораторной работы