Источники и приёмники Излучения (1059978), страница 23
Текст из файла (страница 23)
На рис. 4.3, е показана типичная зависимость Дф —— — / (Ф), которую можно аппроксимировать на различных участках 1, 2, 3 зависимостями, приведенными на рисунке (К и  — некоторые постоянные коэффициенты, характеризующие крутизну характеристики, К, — темновое сопротивление фоторезистора)г При работе фоторезистора на участке 1, где Яф = /7, — КЛФ, имеем Лйф = КЛФ. Подставляя это значение в выражение (4.14), получи п и Кф-— — Р, К ЬФ Еа = К,дш = Ъ вЂ”, 1./Вт. а) б) я„ Рис.
4.5. Схемы включении ФР и с. 4.5, а), мостовую (рис. 4.5, б, е, г), дифференциальную пис. 4.5, д), трансформаторную (рнс. 4.5, е), импульсную лис. 4.5, ж). В схеме деления напряжения ФР является одним ° плеч делителя напряжения, и схему используют для непосредвенного отсчета сигнала|(рис. 4.5, а). Определим значение соротивления нагрузки в схеме деления напряжения (рис. 4.5, а) пи условии максимальной вольтовой чувствительности ФР Е» при освещении потоком излучения всей фоточувствительной лошадки ФР,'При отсутствии освещения ФР Яф — — Рт, темновой 1к 1, равен 1, == 1'.../гт+ й.!.
ле )l, — напряжение питания. При наличии оспе!пения ФР имеем 1, = Р.„,/ К, — Лйф+ й,). !риращение падения напряжения на нагрузке ЛРн равно ! 1 1 е Л/йн ' (1ф ' 1т) Йн =' 1"внт/хн (й КЛФ ! !( !т + !т ) = У„.„!(„К ЛФ (нт К ДФ+ !тн) (!тт+ Х!н) !ОЗ Схемы включения ФР, выбор нагрузки, максимальная вольтовая чувствительность.
Схемы включения ФР разнообразны, но можно выделать основные: схему деления напряжения !02 При малой освещенности ЛРф =- КЛФ сс' Я„поэтому Л у !тннтйЛ ЛФ (Х!т + нн) откуда ((1т + (1н)' ( 1 — злсо 1 2 Вольтовая чувствительность в этом случае Д('с РпитК(гн 5н= — =— дш ()( ~ )х„)х ' "!тобы найти 5и,х, продифференцируем полученное выражение по !хт и приравняем его к нулю для нахождения экстремума функции Ю~ К)! Ф +)(т)' — 2 (йн+)(т) (гн () пит ((х +Л )4 Отсюда получаем условие выбора /сн при 5„„,„: /г, + /сн — 2)(„= О или Я„= )х',. При )гн =- /(, получаем максимум выходного сигнала на нагрузке К('нит ДФ Стих ии т а выражение для максимальной вольтовой чувствительности ФР будет Д( с ввх К "'пит с 1'пит ДФ тс' 4 и 4 В общем случае для более точного согласования ПИ с усилителем надо рассматривать активное и реактивное сопротивление ФР.
Токовая чувствительность ФР представляет собой функцию напряжения питания Д! (Ф вЂ” 1т ип Дй 1 пит ) )хт ДФ ДФ Д Ф (Дхоти ()( — Д)()) При наличии фоновой засветки ФФ сопротивление нагрузки следует выбирать с учетом фона, т. е. /(н = /(ф. Относительная вольтовая чувствительность при наличии фоновой засветки равна Дттф К дят)( л Ф )гф Д(В (й~ — К((Ф) Дот(1т и 1 — Ффхтт ' где /(Ф вЂ” сопротивление фоторезистора при наличии фона. Вольтовая чувствительность по аналогии с выражением для 5н 1 питК(хи ~ф ()1Ф+ )сн)х ' Характер изменения вольтовой чувствительности ФР при наличии фона получим, разделив 5н на 5г ф Приращение сопротивления 1 Л)4ф = )Сф )СФ хтф 1/)(, + (Хтгш, „/(Хф) ="л.„.'.....' )' Компенсировать гх)( можно изменением )(с (соотношения плеч) Ф или !(2 (произведения плеч) (4.15) Эта зависимость показывает, что с увеличением постоянной за- иетки на линейном участке изменения сопротивления ФР вольто- ая чувствительность растет.
Однако пороговый поток также резко величивается из-за возрастаю1цих шумов фоновой засветки, что ° меньшает обнаружительную способность ФР. Мостовые схемы включения ПИ, в частности и ФР, широко паспространены в измерительной технике (рис. 4.5, б, в, г, ж), : !х используют для непосредственного отсчета и как схемы сравне- н!я. В неосвещенном состоянии ФР мост должен быть уравнове- пен с учетом постоянной фоновой засветки.
При подаче измеряе- мого потока излучения от объекта наблюдения на ФР через диа- гональ моста )(„потечет фототок, пропорциональный освещен- ~ости ФР. Фототок (или напряжение на нагрузке) можно замерить непосредственно в диагонали моста или изменением одного из опротивлений схемы добиться нового равновесия моста, а о ве- личине потока излучения судить по разности сопротивлений в на- ~але н в конце измерения, что дает более высокую точность по равнению с непосредственным измерением. Мостовая схема позволяет измерять малые сигналы от объекта ри относительно большом фоне, при этом в диагональ моста можно ~ключить высокочувствительные измерительные приборы, что ~е допускается при прямых измерениях из-за большого начального ~ока, обусловленного фоновой засветкой.
Определим изменение сопротивления в одном из плеч моста |ри измерении потока излучения, падающего на ФР, методом урав- новешивания моста при работе на линейном участке энергетиче- .кой характеристики ФР по схеме (рис. 4.5, б). При этом 5т в статическом режиме можно считать равной 5, и динамическом режиме. Условие равновесия моста Рф)(2 — — )(Лс, Ь= Ф фф— .де /(Ф вЂ”вЂ” 1! // — статическое сопротивление ФР при падении потока излучения фона Фф, вызывающего фототок ФР; /ФФ вЂ”вЂ” тв Ф =- 5 Ф . При подаче модулированного потока излучения с ам- плитудой Ф„„х сопротивление приемника 1 )хф )' ф/(/фф+ 5!ХФитсх) 11/(( + Х Ф /(х (О4 105 1" ф При малых Ф,„<( ~ д можно пренебречь единицей в знаЮга!!ф менателе и тогда /!а 8га гаах/1ф 2 'Юа =- йз !гф т. е.
при малых потоках измерительная шкала будет линейной— гз/ха = / (Ф,„) при соответствугощем одном значении потока излучения фона Фф, так как )гф Яф == — ~ ~гашф что крайне неудобно. При уравновешивании моста сопротивле- нием )за получим й/~а: —.—,' -- — — =Я,/7а~ —,— — ~ = ~~Фв Йз~~а г дф ггф й~ дф ' а(, )Т,й,, лиф ) д,/1, йгеф '/'з~ )!ф!)!ф - Л/!) ) = ду (4.16) Так как для малых потоков Мост должен быть предварительно сбалансирован по излучению фона.
При небольших изменениях сопротивления ЯФ и малых потоках излучения знаменатель выражения (4.!8) можно считать приближенно постоянным с погрешностью менее 1%, тогда /Ф = й (гоара Ь'ь/гз) где й — коэффициент пропорциональности, В/Ом". !Об ~йф =- 3га© „йф,'(/Ф, то выражение (4.16) получим в виде '~гашваа /И = /(з/7а )гф (4. 17) Из выражения (4.17) следует, что измерительная шкала Ь/?з =- = / (Ф~,„) при малых потоках будет линейной и г)задуя)эовка шкалы не будет зависеть от величины потока излучения фона, как в предыдущем случае, что очень выгодно.
Сделанные выводы справедливы при Ь', .= — — сопз1. что наблю- ' дается у фотодиодов и фотоэлементов. У ФР из-за нелинейности энергетической характеристики З,а чь сопз! и градуировка шкалы для данной схемы (рис. 4.5, б) зависит от потока излучения фона. Значение фототока (или напряжение на /'а) в диагонали моста при непосредственном его измерении после подачи излучения объекта ) г~з ~ф~з) ! пат /ф — , ' , , ',"' , †, .
(4.18) ка ()гг + кф) ()!з+ )гз) + %~арф ("з г да) кз)гз !)гг + /гф) С учетом того, что /!ф = ггф -- Л/гф, /ф — й Жала йфй + б/7ФЛ ) й ' ' й/хф Напряжение на Яа с учетом выражения (4.15) будет гадах зКф 1'н --- /фйн =- — —, )гф/(ЯгаФшахРФ) + ! ичи длЯ Ф *а СС )гф/(Зги) (г. =- т К1кь5'!ав ../)/ф. (4.19! Из выражения (4.19) также следует, что градуировка шкалы .авнсит от потока излучения фона, а функция К, = / (Ф ) прн чалых потоках излучения линейна.
Чтобы устранить зависимость градуировки измерительной шка(ы от потока излучения фона, включают в разные плечи моста здновременно два ФР (рис. 4.5, в, г). В этом случае возможно освещение одного ФР только фоном (он играет роль сопротивления, которое зависит от фона), а второго — излучением фона и объекта зместе.
Если же оба ФР освещать одновременно излучением фона 1 обьекта, то излучение объекта должно посгупать па Ф!э в противофазе, что дает двойное увеличение чувствительности схемы. При идентичности параметров и характеристик обоих ФР при изменении фона равновесие моста не нарушается и ток в диагонали моста равен пулю. Разбалансировка моста, которую и измеряют, появляется только при наличии излучения объекта наблюдения. При включении ФР по схеме, изображенной на рис. 4.5, г, н противоположные плечи моста чувствительность не увеличивается, и излучение обьекта надо подавать на ФР в фазе. Для компенсации действия потока фона на ФР применяют дифференциальную схему их включения (рис.
4.5, д) с неизменным питающим напряжением каждого контура. Дифференциальную схему используют как непосредственнуго, а также как схему сравнения. В дифференциальной схеме фототоки от фона от обоих ФР текут в противоположных направлениях и при идентичности контуров постоянный ток от фона в Ра будет равен нулю. Фото ток в /1„ возникает от излучения объекта, которое поступает на один ФР или на оба в противофазе. В случае применения трансформаторной схемы включения ФР (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
