Источники и приёмники Излучения (1059978), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Подобная комбинация экран — фотокатод называется каскадом усиления, а ЭОП вЂ” каскадным или многокаскадным. При использовании многощелочных фотокатодов двухкаскадные (трехкамерные) ЭОП дают усиление яркости до 10' раз при Г, = 1" и разрешающей способности в центре 35 — 40 пар линий/мм. Однако йз-за искривления поверхности изображения в камерах разрешающая способность на краю падает до 4 пар линий/мм. В последние годы для усиления яркости применяют много- камерные ЭОП с динодами, работающими на прострел (рис.
5.6, б). Электронное изображение, падающее на первый динод, выбивает усиленный электронный поток вторичных электронов с его противоположной стороны и т. д. Диноды выполняют из тонкой (десятые доли микрометров) пленки, на которую с одной стороны нанесен алюминий (200 — 300 А), с другой (500 А) хлористый калий или магний, дающие высокую вторичную эмиссию. Коэффициент усиления по току у таких ЭОП достигает 10". Однокамерные ЭОП часто сочленяют пластинами из стекловолокна (такие ЭОП называют модульными), а для усиления электронных потоков используют микроканальные пластинки с канальным электронным умножением (рис. 5.6, в). Коэффициент усиления таких ЭОП по току достигает 10' — 10', а разрешение определяется диаметром канала.
Кроме электровакуумных преобразователей в последнее время разрабатывают твердотельные усилители яркости изображения, которые имеют меньшие габаритные размеры, требующие меньших напряжений питания. В них используются люминесцентные панели с нанесенным на них фото- катодом. Коэффициент усиления по яркости таких преобразователей достигает 800 при разрешающей способности 4 — 10 пар линий/мм и пороговой освещенности 3 10 ' лк.
Схема питания ЭОП обычно состоит из высоковольтного блока, обеспечивающего его работу, и низковольтного источника питания. Постоянный ток аккумулятора поступает на преобразователь (дающий на выходе переменный ток), а с него на повышающий трансформатор, выпрямитель, стабилизатор, делитель напряжения и ограничитель тока. Ограничитель тока предохраняет преобразователь от пробоя при сильных засветках.
Напряжение на выходе высоковольтного блока (и схема делителя напряжения) зависит от типа ЭОП и колеблется от 3 до 45 кВ. Стабилизация напряжения должна осуществляться в пределах ~5 — 10%. Значение потребляемого тока определяется током фотоэмиссии и составляет 10 ' — 1О ' А, потребляемая мощность 2 — 5 Вт. Электронно-оптические преобразователи широко применяют в приборах визуального наблюдения при плохой видимости и в условиях естественной ночной освещенности порядка 10 ' — 1О 4 лк, так как коэффициент яркости современных многокаскадных ЭОП достигает 1О' — !О', Приборы с ЭОП распространены и в приборах 165 наблюдения с подсветкой ИК-прожекторами и импульсными лазерами.
ЭОП с плоской конструкцией широко используют для регистрации быстропротекающих процессов в ядерной физике и исследований искровых разрядов с временнйм разрешением до 10 " с при напряженности поля у фотокатода 3 10' В/см. Приборы с ЭОП используют для визуализации рентгеновского н нейтронного излучения. В астрономии ЭОП применяют для фотографирования спектров далеких звезд, Кроме того, ЭОП применяют в оптической микроскопии для наблюдения слабо светящихся объектов. Использование ЭОП в телевидении позволило создать системы, работающие в темноте по ИК-излученню объектов и при пониженной освещенности с дистанционным их наблюдением. В научной фотографии ЭОП позволяет осуществлять высокоскоростное и спектрозональное фотографирование в УФ-, видимой и ИК-областях спектра.
Глана 6 МНОГОЭЛЕМЕНТНЫЕ ПРИЕМНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ $6.1, Многоэлементные приемники излучения на основе фотодиодов и фоторезисторов Рассмотрим вначале многоэлементные приемники излучения (МПИ), работающие без накопления сигнала. Такие МПИ еще называют приемниками «мгновенного действия», имея в виду, что в выходных цепях регистрируются установившиеся значения сигнальных токов и напряжений.
Причем выходные сигналы как бы определяются мгновенными значениями оптических потоков и не зависят от времени облучения, МПИ мгновенного действия можно подразделить на две группы: с параллельным и последовательным опросом элементов. МПИ с параллельным опросом. При использовании таких МПИ обеспечивается одновременное подключение всех рабочих элементов к своим каналам усиления (рис. 6.!).
Очевидно, что в этом случае число выводов МПИ должно быть не менее 1т' + 1, где У— число элементов. МПИ с параллельным опросом наиболее эффективны в быстродействующих оптико-электронных приборах и системах, например в системах оптической пеленгации. Однако необходимость одновременно подключать все элементы весьма затрудняет реализацию МПИ с большим числом элементов при малом шаге пространственной структуры. В рамках данной группы МПИ наиболее распространены четырехэлементные фото- диоды, которые с успехом используются в качестве быстродействующих координатно-чувствительных фотоприемников в различных оптикс-электронных измерительных системах. 166 сп.т Схемы включения позиционно-чувствительных четырехэлементных фотодиодов.
Разрезной фотодиод с поперечным фотоэффектом представляет собой четырехканальный фотоприемник, реализованный на одной подложке. Рабочая площадка фо- С1 Сг с тодиода состоит из четырех у1 уу ул квадратных элементов (А, В, С, ь)). Приборная система координат х у обычно сонме- Рнс. 6А. Параллельное подключенне фотояувствнтельных элементов многоэлещается с центром рабочей ментного фотоприемника площадки (рис. 6.2). Чтобы обеспечить условия независимого измерения смещений по двум направлениям Лх и бу, изображение марки целесообразно формировать квадратной формы со стороной, равной стороне одного элемента фотодиода, Прн этом координаты центра изображения Ьх, бу вычисляют простейшими арифметическими операциями — сложением и вычитанием сигналов, снимаемых с элементарных площадок.
Каждый из четырех каналов фотоприемника можно рассматривать как независимый одноэлементный фотодиод, который должен быть подключен к входной цепи последующей электронной схемы. В качестве согласующего каскада в данном случае целесообразно использовать преобразователь ток — напряжение .на операционном усилителе. В свою очередь, фотодиод может быть включен как в фотогальваническом, так и в диодном режимах. Схема включения четырехплощадочного фотодиода показана на рис. 6.3 ((ус„— напряжение смещения). Каждый из четырех элементов фотоднода служит как бы генератором фототока !ф, пропорционального оптиче- У скому потоку 61„падающему на соответствующую площадку. Операционные усилители выполняют роль х иия 1»', = !ф)с, „где р Иаебромелпе преобразователей фотото- А В ков в выходные напряжет»»о.с — сопротивление реРеб™пя ллол»аула знстора в цепи обратной связи. Ах Приведенная на рнс.
6.3 схема включения обладает существенными достоинствами: каждый фотодиод работает на низкоомную на- Рнс. 6.2. Формирование иэображения целе воа марки на четырехэлементном поэнцаон но-чувствнтельном фотодноде 167 грузку, роль которой выполняет весьма малое эквивалентное входное сопротивление преобразователя ток— напряжение; таким образом, во-первых, обеспечивается 1ГВмх1 Рис. 6.3. Схема подключения четырехвлементного фотодиода к операционным усилителям (6.!) г4вх — )Хо. с(йа 4ВГ~кос Рис.
6.4. Эквивалентная схема пары фотодиод — операцион- ный усилитель 168 линенность световой характе- ристики в широком динами6ам,У1 ческом диапазоне, и, во-вто- рых, ослабляется действие да" 10 емкости фотодиода и паразитной емкости входной цепи", отпадает необходимость стабилизировать коэффициент усиления и напряжения питания схемы, так как при правильно выбранных элементах эти параметры практически не влияют на точность измерения. Указанные обстоятельства позволяют получить хорошие метрологические характеристики оптико-электронного прибора в целом. Чтобы уяснить критерии для оптимального выбора элементов схемы, необходимо более подробно рассмотреть фотоприемный узел (ФПУ) на основе пары фотодиод — операционный усилитель (ФД вЂ” ОУ) (рис.
6.4). Фотодиод можно рассматривать как источник тока сигнала 1,. „ и тока шума 1, обладающий внутренним динамическим сопротивлением )гк. гксли ОУ при разомкнутой петле обратной связи имеет собственное входное сопротивление )с,х, то при замкнутой петле обратной связи входное эквивалентное сопротивление умень- шается до где й, — собственный коэффициент усиления ОУ при разомкнутой петле обратной связи, который составляет обычно 104 — 10'.
Поскольку )х,, обычно не превышает единиц мегаом (см. ниже), значение )х„, в свою очередь, не превышает десятков ом. При й, >) 1 напряжение сигнала на выходе ОУ определяется выражением (6,2) где Яг — токовая чувствительность фотодиода; Ф, — поток оптического излучения, воздействующий на фоточувствительную площадку; 5гг — вольтовая чувствительность фотоприемного узла.
Как видно из выражения (6.2), напряжение сигнала не зависит от коэффициента усиления ОУ и напряжения питания, Таким образом, изменяя в широких пределах сопротивление )хо, „можно пропорционально изменять вольтовую чувствительность ФПУ, что позволяет использовать данную схему в большом динамическом диапазоне Ф,. Однако следует иметь в виду, что максимальное значение Яо, не должно превышать )хо.
с кч (Умах ои!(огбхв пмх) (6.3) где (у,„ои — максимально допустимое напряжение на выходе ОУ, при котором сохраняется линейность усиления (дано в справочнике); Ф,,„— максимальное значение потока оптического излучения в рабочем диапазоне. Выбирая оптимальное сопротивление )со „ выполнять условие (6.3) всегда необходимо. В то же время соблюдение условия (6.3) не во всех случаях является достаточным для ныбора максимально допустимого значения Я,, Так, при работе ОЭП с очень малыми потоками, когда необходимо обеспечить максимальную чувствительность ФПУ, верхний предел сопротивления )х',, определяют с учетом следующих обстоятельств. При больших значениях сопротивления Яо е (более 1 МОм) напряжение сигнала на выходе ОУ и входное сопротивление преобразователя ток †напряжен (служащее эквивалентным сопротивлением нагрузки фотодиода) определяются следующими выражениями: (у огоуеоо.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
