Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов (4-е изд., 1999) (1095908), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Селективные ПИ при увеличении потока, падающего на них, ведут себя подобно глазу — их чувствительность падает. Поскольку для большинства таких приемников энергетические характеристики не- линейны, т.е. крутизна в различных точках неодинакова, чувствительность ПИ необходимо определять при заданной освещенности (облученности) его приемной площадки, а также при заданном спектральном составе излучения.
При других освещенностях значение чувствительности может быть иным, поэтому при изменениях потока, падающего на ПИ, следует учитывать изменение чувствительности, пользуясь энергетической характеристикой. Частотные характеристики. Зависимость чувствительности ПИ от частоты модуляции падающего на него потока излучения называется частотной харакгпериетикой чувствительности ПИ. Эта характеристика связана с постоянной времени приемника т.
Максимально допустимая (граничная) частота модуляции / зависит именгл но от значения т. Граничную частоту модуляции определяют по-разному, в зависимости от допуска на падение чувствительности в. Так, при э(/ ) = гр 0,16 з(0) частота / = 1/г, а при з (/ ) 0,71в(0) / = 1/(2тп). Часто принимают/ = 1/(Зг). Зависимость 1) от частоты модуляции потока излучения называется частотной характеристикой удельной обнаружительной епоеМ- ности. Иногда к частотным характеристикам относят спектральные плотности тока или напряжения шума ПИ вЂ” распределения плот~ости ф дисперсии тока или напряжения шума приемника по частотам.
Эти зависимости называют также спектром мощности шулш. Типичная зависимость такого рода для полупроводниковых ПИ приведена на рис. 6.2. Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов (рка В области «избыточного» шума, обусловленного главным образом контактными явлениями и флуктуациями скорости рекомбинации носителей (на частотах 0...1т), спектр шумаподчиняется закону 1тг1', приУв чем с, 1. Обычно граница Рнс. 6.2.
Типичный спектр мощности шума этой области Г не превыша- т ПИ ет 1000 Гц. В области частот 1т...1г, где практически имеет место равномерное распределение, основным является генерационно-рекомбинационный шум, а в области выше Г (десятки и более килогерц) — тепловой. Зная подобные характеристики для конкретных приемников, можно выбрать частоту модуляции сигнала и полосу пропускания системы так, чтобы по возможности уменьшить влияние собственных шумов ПИ на чувствительность прибора. С точки зрения уменьшения дисперсии шума в заданной полосе ЬГ' гл.л туг 1) =аз = )тр (Г)к(Г гл-л туг целесообразно увеличивать рабочую частоту модуляции ~л и уменьшать полосу пропускания ЬГ системы.
Температурные характеристики. Это — зависимости, определяющие изменение различных параметров ПИ, например, тока и напряжения шума, сопротивления и чувствительности, при изменении температуры его чувствительного слоя. Фоновые характеристики. (зго — зависимости параметров (сопротивления, чувствительности, тока и напряжения шумов, удельной обнаружительной способности) от немодулированного потока излучения фона.
Временные и пространственные характеристики. К ним обычно относят: переходные характеристики, описывающие изменение сигнала на выходе ПИ при внезапном облучении или затемнении его чувствительного слоя; зон кую харанглерисглину — распределение чувствительности по площадке приемника; угловую хара кглериспч и ну чувсглвиглельлосгли — ее зависимость от угла падения лучей на чувствительный слой ПИ„а для координатных ПИ вЂ” координатную харак- 144 Глава б. Приемник излучения как звено оптико-электронного прибора Гаеристику, определяющую зависимость сигнала на выходе ПИ от координаты изображения (пятна) на чувствительном слое, и временной дрейф нулевой точки ноординаглного ПИ вЂ” смещение нулевой точки координатной характеристики при постоянной температуре в течение заданного интервала времени. К временным характеристикам можно отнести также зависимости изменения параметров приемника во времени, характеризующие их стабильность.
6.4. Паспортизация приемников. Пересчет их параметров Так как параметры и характеристики ПИ существенно зависят от условий их эксплуатации, спектрального состава и других параметров потока, необходимо четко огонорить некоторые стандартные (нормальные) условия, в которых следует проводить их измерения (паспортизацию). Кроме того, параметры и характеристики ПИ разных типов и назначения резко различаются между собой, поэтому ограничиться для всех ПИ одними и теми же стандартными условиями не представляется нозможным. Приемники, работающие в средней части ИК спектра, т.е. в диапазоне 1,5...20 мкм (обычно это охлаждаемые ПИ), калибруют по излучателю — черному телу с температурой 373 К. Неохлаждаемые фоторезисторы, работающие в первом, а иногда и во втором атмосферных окнах, калибруют по черному телу с температурой 573 К.
Параметры ПИ, работающих в видимом диапазоне, определяют по лампам накаливания — источникам А с цветовой температурой вольфрамовой нити Т =2856К. источникамВ(Т„= 4800 К) иС(Т,=6500К). В зависимости от инерционности ПИ и спектра шумов устанавливаются различные частоты модуляции и полосы пропускания при их паспортизации. Чувствительность многих фоторезисторов определяется при частотах модуляции 400 и 500 Гц и полосе пропускания измерительной установки в несколько десятков герц. Весьма инерционные тепловые ПИ паспортизуются при частотах модуляции потока в несколько герц, а малоинерционные ПИ вЂ” при частотах 000...1000 Гц.
Должны быть оговорены также температура окружающей среды, влажность, давление и такие конструктивные параметры измерительной установки, как входное сопротивление В (обычно Л > В ) »к вх т УРовень шума р„т, приведенный к выходу ПИ (обычно уровень шума р т установки должен быть не менее чем в 2 раза меньше уровня шумов исследуемого ПИ). Ю.Г, Якуаенкоа. Творгп и расчет оптико-элвктроннмк приборов Иногда некоторые важнейшие условия измерений параметра приводятся в качестве индексов при его обозначении.
Например, Р л означает, что измерение Р велось по черному телу с температурой 600 К, при частоте модуляции 90 Гц и было отнесено к полосе пропускания 1 Гц. В реальных условиях работы ПИ принимает поток, как правило, отличающийся по своему спектральному составу от потока, который он принимает при паспортизации. Например, это происходит вследствие того, что температура излучателя, по которому работает ОЭП, отличается от температуры источника, по которому паспортизуется (калибруется) ПИ. В ряде случаев ПИ, откалиброванный по отношению к излучению со сплошным спектром (например, по отношению к излучению черного тела), работает с монохроматическим потоком (например, потоком, приходящим от лазера).
Поэтому в каждом таком случае параметры ПИ должны быть пересчитаны для новых условий. Рассмотрим характерный пример пересчета чувствительности ПИ. Пусть имеется ПИ с чувствительностью в„, к излучению со спектральной плотностью потока излучения Ф,. Требуется определить его чувствительность в„к излучению источника, описываемому функцией Ф, т.е., например, к излучателю с другой температурой. Выражение для чувствительности ПИ в общем виде можно записать как х„ ) тх ЬТ' а = — =з Ьф ~ат,ф,с().
где Ф вЂ” функция, описывающая распределение потока, пришедшего на ПЙ в диапазоне Х ...Х„по спектру длин волн; т, — спектральный коэффициент пропускания среды; э — спектральная характеристика чувствительности ПИ; зх,„— абсолютное значение спектральной чувствительности в максимуме спектральной характеристики ПИ. При измерении чувствительности в„работа происходит в среде со спектРальным пРопУсканием тх, в Диапазоне г., Аз, а пРи Работе по излучателю, свойства которого описываются функцией Ф, — в среде с пРопУсканием тывДиапазоне ХЗ..АЗ, пРичем т может Учитывать и пропускание оптики прибора. Если в случае калибровки ПИ и при его работе в реальных условиях рабочая точка энергетической характеристики для монохрома- 146 Глава Б. Приемник излучения как звено оптико-электРонного прибора тического потока лежит в линейной зоне, т.е.
в,„, = зх,„, = вх„„, то, очевидно, ) зхт Фхт к(Х х и Хнгвг ) тх,фх, тбс ) ахтхзфхз с(л хз ,з=.-. х, ~ тхзфхз к0 хз /т,,ф„,ж, х зхтак зи! х зх'хзфы к('" ) тхзфхз к(Х хз ял Хк вхт,зфх з к(Х откуда искомая величина хз зх.хзфхз к(). 1 тхтфхт (Х хз хт аз=вы ) тхзфхзгхл (в т фикхтх (6.3) хз 147 В том случае, когда берутся одинаковые пределы интегрирования по Х, а величины тм и т, принимаются постоянными, вхз = ви гРз/Язт (6.4) где тр, и яхз — коэффициенты использования (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
