Источники и приёмники Излучения (1059978), страница 24
Текст из файла (страница 24)
4.5, е) получаюг определенный выигрыш в чувствительности по напряжению за счет того, что к ФР подводят почти все напряжение источника питания (за исключением небольшого падения напряжения на активном сопротивлении первичной обмотки). Сопротивление /га разоощено с цепью питания Ф!', н его изменение пе сказывается яа режиме работы ФР. Кроме того, постоянный фототок от фона не дает падения напряжения на Я„, а оно зозникает при наличии модулированного излучения объекта. Кроме рассмотренных вьггпе схем, питаемых постоянным напряжением, применяют схемы питания на переменном или им- 107 д) 7 (б где А = 1 + гпт)„— т)„; т — отношение сопротивления неосвещенного ФР к полностью освещенному ФР, т = )(,!Яф', т)„— отношение ширины освещенной части )гсв к ширине ФР Ь, — мс в' )Г Прн наличии )г ток в цепи ФР прн частичном его освещении А)г Л вЂ” А11в (4.201 б) гг а,б О,з 4,У йчу д е) 7 г,б 1,0 йб йбфд Рис.
4зи Эквивалентная электрическая схема (а, г) и фототок (б, с) фоторезистора в зависимости от формы и направления смещения светового пятна (и б) ' — "н="св ' -"н=""св пульсном напряжении. На рис. 4.5, ж приведена схема питания моста от сети переменного тока с удвоенной частотой. Она имеет емкостные сопротивления в плечах моста. Схема долхгна работать' таким образом, чтобы в выходном сигнале не было составляющей фона, изменяющейся с удвоенной частотой сети.
Иногда мост питают переменным напряжением с частотой до тысяч герц, и сигнал усиливается на частоте питающего напряжения, а затем после детектирования — на частоте модуляции потока излучения объекта. Схемы замещения ФР при частичном его освещении. При рассмотрении работы ФР мы исходили из того, что его фоточувствительная площадка полностью освешалась потоком излучения и изменяла равномерно свою проводимость (сопротивление).
Часто фоточувствительная площадка ФР освещается точечным или протяженным объектом частично, сохраняя значительное сопротивление неосвещенной части, что надо учитывать при согласовании ФР с электронной схемой регистрации и расчете постоянной времени схемной релаксации тр. Рассмотрим влияние затемненного и освещенного участков ФР на его проводимость, Для простоты возьмем ФР прямоугольной формы и границу его затемнения в виде прямой линии (рис. 4.6, а — г). При перемещении светового изображения (СИ) параллельно электродам ФР (по оси Х) общее со-, противление его будет (4, 12): )хфр гсвгт)(гсв + гт) где г„и кт — сопротивление освещенной и неосвещенной частей ФР соответственно. Отсюда после преобразования )гфр =- Я,!А, 108 а степень нарастания б1$ э'Йт (т — !) бясв Ют + А11н)' Прн последовательном перемещении светового изображения (по оси д) относительно электродов сопротивление Яер =- А' Я )т), где А' = т — тт),', + т),',; т),', — отношение освещенной длины ФР (с, к общей длине 1, з),', = 1с,)1.
В этом случае ток и степень его нарастания будут ф лнкйт (~ — 1) !ф:=- —,, — ', —,— — — —.', ', . 14.21) А'11т+в11н ' бп' (А'11 +тДн)' ' Как следует из вышеприведенных рассуждений, обязательно необходимо учитывать при расчетах степень засветки фоточувствительной площадки ФР. Формула (4.18) с учетом доли засветки фотоплощадкн ФР приобретает вид 1'1Жт (А — 1) А.Ч (11 Ь,„-,- А11в+ ЛЛ,) +ГГРР„+ ЗД),— Д,Д„ где )с = )г, = — )гз.
На рнс. 4.6, д приведена зависимость тока в цепи нагрузки ФР от доли его освещения, вычисленная по формуле (4.20), а на рис. 4.6, г — по формуле (4.21). Как видно из рисунка, при перемещении пятна засветки вдоль оси Х закон нарастания тока близок к линейному. При перемещении пятна засветки вдоль оси 1' ток до значения (0,8 —;0,9) ( а„нарастает медленно, а затем быстро. Все эти факты надо учитывать при расчете схемы с малой постоянной времени.
Коррекция частотной характеристики ФР. Корректировать частотную характеристику ФР можно, если использовать в усилителе специальную цепь коррекции частотной характеристики (90), На рис. 4.7, а дана схема дифференцнрующей цепи для коррекции частотной характеристики ФР Постоянную времени верхнего плеча корректирующей цепи частотной характеристики С)сх делают равной т,р.
На рис. 4.7, б приведены относительная частотная характеристика ФР и коэффициент передачи Кд цепи коррекции. Предположим, что коэфрнцнент передачи усилителя К = 1, тогда относительная частот- 109 а) 8хад Яг О былая Яз О) Хс Оз 0,20 О 2 я 7н, г = )п. пр (222+ О222ГРэг = Г)гсв. пр 200 200 300 ЧОО 000 б00 б У 'в,ля гв. я Рис.
4.7. Охсмз корректируюсдей пегги чзстотиой характеристики ФР (и), частот. пыо зависимости его гузстнительности при т = 10 " и Ч = 3 (б) и схема соглзсо- ванин нысокоомиого ФР с усилителем (в): г — относительные энэчвняя чувствительности ФР (3221„), 2 — козффнцненг ггередвчн корргкткрующол цепи (к, ); 3 рвзультнруююэ» зэвягямосгь; 1 — верхняя грэ.
ннчнзя чэстгтэ прнвмннкэ ная характеристика системы приемник- — усилитель будет представлена кривой 3. Из рис. 4.7, б видно, что относительная часготная ! граглсрпстика системы усилитель — приемник имеет спад до.уровня О,г~); гри частоте 1,, н > 7',,р. Можно доказать, что верхняя граничная частота устройства будет а постоянная времени т =- т„р)д. Раси!прение полосы пропускания в д раз уменьшает коэффициент передачи К во столько раз, что может быть легко скомпенсировано дополнительным усилением в г) раз. При введении корректирующей цепочки следует иметь в виду, что такая операция увеличивает уровень шума системы из-за расширения полосы пропускания тракта, потому ее целесообразно ставить в оконечных каскадах усилителя.
На рис. 4.7, в показана схема согласования высокоомного фоторезистора с малым выходным сопротивлением усилителя с помощью эмиттерного повторителя. Сопротивление нагрузки ФР выбирают в зависимостк от назначения схемы по различным критериям оптимальности: максимальной мощности сигнала, максимальной вольтовой (токовой) чувствительности (Йн = )с,), максимального отношения снгналгшум, условия отсутствия частотных искажений ((снС„-ж. 12(2«п)' э„)), и т. д. Охлаждение ФР.
Уменьшение температуры чувствительного слоя ФР расширяет спектральный диапазон его работы в ИК-области (рпс. 4.8) и увеличивает его абсолютную спектральную чувствительность. Кроме того, охлаждение ПИ уменьшает его !пумы, следовательно, увеличивает его обнаружительную способ- 110 Рнг 4 Я Рстрои т«о ФР, гэчэггэждзеогях жиггким зюэтом (п) кклким гелием (бо сжлтыч: зп оч Гв), брнкеггм г хлзждсннг го хлздягеитз (г1. входя ок о гяля фвлгго . 2 — Фогг гу сгвктельнык элэ«енг, 3 — сосуд Дьюара: - »,«Лкя Г з' т. 5 - элеглр 'геок т ыэ, »д' 6: гд»ят гелий: У -- зме«вяк. 3— оэлэжд.ге» дяэфрэ гэ, опээ* эу цм г Г гурггг З у л, "' — внутГю зкй сосуд: гав взо жвый э гсу, г — Срккег гт *.
р клею«э"о лгдп енгэ. 22 — вг;.ээдыю. 23 -- пру. ность, У ФР при охла кдении увеличивакпся сопротивление (гт',) и постоянная времени По способу охлаждения разлкчают следуощие устройства: испарнтельные или криостатные (сосуды Дьюггра); адиабатиче:кие — на внезапном расггчнрен!ин газа, испольэующие эфзэект Джоу,ги — Томпсона; компрессорные — испольгукзшие хладагенг; термоэлектрические — основанные на эффекте Пельтье; радиационные с. лучи лым теплоотводом в космос.
Наиболее распространены к р и о с т а т н ы е у с т р о йс т в а о х л а ж д е н и я, ргзботагощгте за счет непосредственного контакга хладагегпа с фоточувствительным слоем ФР, который находится в сосуде Дьюара (рнс, 4.8, а, б) (81). Сосуд Дьюара представляет собой два тонкостенных стеклянных стакана с отражающим покрьпнем, вставленных один в другой, с заваренными торцами. В прочежугке между ними создается вакуум.
Во внутренний обьем криостата помешают хладагент — сжиженный или отвержденный газ, охлзждаюший ФР до собственной температуры, Применение отвержденного хладагента позволяет располагать криостат в горизонтальном положении. Лдиабатгзческне системы на эффекте Джоуля — Томпсона основаны на поглощении тепла резко расширяющимся газом, когорый и охлаждает ФР. Достижимая температура до 78 К. Применять к о м п р е с с о р н ы е х о л о д и л ь н ы е у от а н о в к и можно только в лабораторных условиях, так как установки имеют большие габаритные размеры, 1!! В последние годы для охлаждения ФР используют газовые микрокриогенные машины, работающие на основе различных циклов с ресурсом работы до 20 тыс. ч при температуре охлаждения до 4 К и хладопроизводительности более 2 Вт, однако при их работе возникают вибрации и помехи, которые ухудшают параметры Г1И (27).
Широкое распространение в последние десятилетия получили термоэлектрические холодильники на эффекте Пельтье, в которых охлаждение достигается за счет протекания электрического тока через термопарные спаи, при этом один из спаев нагревается, а другой охлаждается. Самым распространенным материалом для термоэлектрических холодильников служит теллурит висмута (В1,Теа), у которого показатель добротности равен (2 —;2,5) к 1О'' К'..При использовании одного каскада такого микрохолодильника достигают перепада температур холодного и горячего спаев 70'. Г!рн использовании нескольких каскадов термоспаев достигают температуры 140 — -160 К, что бывает часто недостаточно.
Тем не монсе в диапазоне охлаждения 200 — 273 К указанные термоэлектрические микрохолодильники широко применяют, так как они имеют большой ресурс работы и малые размеры, бесшумны в работе, у них отсутствует вибрация. Конструкции неохлаждаемых ФР. Конструктивно ФР состоит из тонкого слоя фоточувствительного полупроводникового лаатериала с электродами в виде пленок, которые не подвергаются коррозии, наносимых испарением в вакууме из золота, платины или серебра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
