Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов (4-е изд., 1999) (1095908), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Поток от излучателя попадает Рис. 6.6. Принципиальная только на один болометр, что вызывает схема включения боломвтра разбаланс моста. Основными шумами для термоэлементов и болометров являются фоновый и тепловой. Конструкция ряда болометров описана в литературе (9, 22, 24). В табл. 6.4 приведены параметры типовых приемников этого класса. В пироэлеклтричееких ПИ при малейших изменениях температуры приемника — сегнетоэлектрика с постоянной электрической поляризацией, эта поляризация заметно изменяется, что ведет к изменению разности потенциалов на выходах приемника. В отличие от болометров пироэлектрические ПИ являются емкостными, а не резисторным и, т.е. их полное сопротивление уменьшается с ростом частоты модуляции падающего на них излучения.
Поэтому они позволяют получить очень широкую и равномерную частотную характеристику. Частотная характеристика пироэлектрического ПИ зависит от двух факторов; скорости теплового процесса и электрической схемы включения приемника. Подбором активной нагрузки Кн в цепи включения пироэлектрического ПИ частотную характеристику можно сде- 168 169 Ю Г. Якуотенков. Теория и расчет оптико-злектроннык приборов Таблица 6.4 Параметры некоторых тепловых пркемвпков кзлучевкк (до 10'Гц и выше) лать равномерной вплоть до очень высоких частот При В = 1000 МОм спад характеристики наблюдается при 300 Гц, а н в при В = 100 кОм — при 3 10 Гц, но в последнем случае пороговый и 4 поток приемника увеличивается примерно в 10 раз 122).
Оценивая всю группу неселективных ПИ, можно отметить, что на тех участках спектра, где могут работать фотоэлектрические ПИ, тепловые ПИ вследствие их инерционности, худших эксплуатационных и некоторых других'параметров применять нецелесообразно. Однако в длин новолн оном ИК диапазоне спектра они пока еще широко используются для обнаружения и измерения потока излучения. Иногда в отдельную группу выделяют многоцветные ПИ, работающие в двух спектральных диапазонах или более. Сегодня известны двухцветные ПИ, в которых коротковолновый приемник расположен над длинноволновым н является для последующего фильтром, отсекающим коротковолновую часть падающего излучения. Такие приемники работают в следующих диапазонах: 0,3...1,15 и 1,15...5,2 мкм (РЬЯеиРЬЯ); 0 4...1,8и 4...4 8мкм(Оеи1пЯЬ); 3...5и 8...14мкм(1пЯЬ и РЬЯпТе).
На базе тройных соединений НяСЙТе и РЬЯпТе созданы как двухцветные„так и трехцветные приемники [9). Глава 6. Приемник излучения как звено оптико-электронного прибора Помимо рассмотренных выше ПИ в некоторых современных ОЭП иногда используют приемники, основанные и на других физических эффектах (ПИ с СВЧ-смещением, оптико-акустические и т. п.), нашедшие пока ограниченное применение. Сведения о них можно найти в (9, 12, 22, 30 и др.].
6.6. Однозлементные координатные (позиционно- чувствительные) и развертывающие приемники излучения По физическому принципу работы координатные ПИ можно разделить на две большие группы — одноэлементные (с непрерывной структурой чувствительного слоя), в которых обычно осуществляется аналоговая обработка оптических сигналов, и многоэлементные (с дискретной структурой чувствительного слоя) с цифровой обработкой сигналов. Для описания свойств координатных (позиционно-чувствительных) ПИ, у которых выходной сигнал зависит от координаты изображения на чувствительной поверхности ПИ, помимо параметров и характеристик, рассмотренных 3 6.2 и 3 6.3, используют и некоторые другие. Важнейшей из них является координатная (статическая, пеленгационная) характеристика — зависимость информативного параметра выходного сигнала(чаще всего амплитуды) от координаты изображения. Линейная зона и крутизна этой характеристики, а также координата нулевой точки, в которой выходной сигнал равен нулю, служат параметрами таких ПИ.
Нужно отметить, что первые два параметра могут изменяться в зависимости от уровня входного сигнала и закона распределения освещенности в изображении. Большое значение имеет стабильность параметров координатных ПИ (КПИ) при изменении внешних условий, особенно температуры, так как изменение крутизны координатной характеристики или дрейф нулевой точки могут привести к значительным погрешностям в измерении положения изображения, перемещающегося по чувствительному слою ПИ.
Минимальное перемещение изображения (разрешающая способность), регистрируемое КПИ, зависит от уровня его втумов, которые у ряда КПИ такие же, как и у обычных ПИ. Инверсионные фотодиоды, работающие на основе продольного Фотоэффекта. Сущность продольного фотоэффекта заключается в том, что в случае несимметричного относительно центра чувствительной плоптлдки фотодиода падения пучка возникает дополнительная ЭДС, В Лвушввввв Ю Г 1 60 161 ЮЭ. Якупмнкоа. Теория и расчет оптико-злектроннык приборов направление которой параллельно р-и-переходу (91.
Эта ЭДС пропор. циональна удалению светового пятна от центра чувствительной площадки. Зависимость ЭДС от положения иэображения на чувствительном слое фотодиода называется инверсионной характеристикой. Продольная фотоЭДС определяется как П = ~рЦ2лоз)~!п((т(+ х)Яг( — х)~, где р — удельное сопротивление менее легированной п-области; Х вЂ” полный фототок; оэ — толщина и-области; 2сг — расстояние между контактами, расположенными с одной и той же стороны р-и-перехода; х — координата энергетического центра тяжести изображения по оси, соединяющей контакты.
Для малых значений х (малых рассогласований), (т = р1х/(яотсг), т.е. инверсионную характеристику можно считать линейной (рис. 6. 7). Крутизна характеристики может и превышать 100 В Вт'мм', линейная зона инверсионной характеристики составляет несколько миллиметров. Важно отметить, что, используя две пары взаимно перпендикулярных базол вых контактов, можно создать двухмерный приемник, с помощью которого определяют две координаты излучателя.
При включении нагрузки между базовыми контактами фотодиода знак выходного сигнала указывает, вправо Рис. бЛ. Типичная икаерсиоиная или влево от оси симметрии сместилось характеристика изображение излучателя. Подавая напряжение смещения на базовые контакты, можно изменять положение нулевой точки инверсионной характеристики, что выгодно применять в ряде быстродействующих ОЭП.
Основным фактором, ограничивающим сегодня широкое использование инверсионных ПИ, является зависимость их параметров от освещенности чувствительной площадки, а также заметный дрейф нуля, что исключает их применение в особо точных ОЭП, предназначенных для измерения линейных и угловых величин и работающих при изменяющихся освещенностях входного зрачка. Один из наиболее важных параметров инверсионного приемника — крутизна его характеристики — может меняться в зависимости от целого ряда причину от конфигурации изображения излучателя на слое, амплитуды сигнала и уровня фона.
162 Глаза б. Приемник излучения как звено оптико-электронного прибора Фотопотевцвометры. Схема фотопотенциометра представлена на Ь Л рис. 6.8. На резистивном слое 1 со- Э вдается падение напряжения от внешнего источника сгр. Резистив- 4~ иый слой является одним из конй' Юли тактов фотопроводящего слоя 2.
Второй контакт 3 является омич вским и служит коллектором. Фотопотенциометр освещается световым зондом 4 Рис. 6.8. Схема фотоиотевпиометра в виде полоски. В месте засветки образуется проводящий мостик, сопротивление которого на несколько порядков меньше сопротивления неосвещенных участков. Поэтому ток в нагрузке Ви определяется потенциалом резистивного слоя на уровне светового зонда. Следовательно, величина ГУ вык является функцией координаты центра зонда, выполняющего здесь ту же роль, что и движок в обычном потенциометре. Выходное напряжение У „отличается от разности потенциалов на уровне зонда на величину, равную падению напряжения на освещенном участке фотопроводящего слоя, которая много меньше ст Утечкой тока через необлучаемые участки фотослоя можно пренебречь, если удельное продольное сопротивление значительно меньше удельного (приведенного к единице длины) темпового поперечного сопротивления фотослоя, а поперечное сопротивление освещенного фотослоя во много раз меньше его темпового сопротивления.
Фотопотенциометры имеют чувствительность до 1 Вг(мм.Вт), их Разрешающая способность достигает нескольких микрометров на длине 10...70 мм, отклонения от линейности могут быть уменьшены до 1".5% . За счет профилирования чувствительного слоя удается преобразовывать перемещение светового зонда в электрический сигнал заданного функционального вида. Основным недостатком фотопотен циометров является низкое быстродействие, оцениваемое постоянными времени в несколько миллисекунд.
Координатные фотоприемники с радиальным электрическим повем (Рис. 6.9). На полупроводниковой пластине на расстояниях не бозтее 21 (1 — диффузионная длина) установлены две пары контактов 1 и 2 для съема сигнала смещения изображения объекта по двум взаимно перпендикулярным направлениям. На этой же стороне пластины нанесен кольцевой электрод 3, к которому подводится синусоидальное напряжение относительно точечного модулирующего электрода 4, рас- 163 Ю.Г.
Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов Юл положенного на противоположной сто- роне пластины. Это переменное напряе жение создает радиальное электрическое поле для носителей, генерируемых на поверхности пластины, и осуществпн ляет модуляцию выходного сигнала. Вследствие незначительной толщины г пластины можно пренебречь вертикаль- У ной составляющей модулирующего поля и считать, что оно распространяется по поверхности приемника.
Рис. 6.9. Схема координатного Пусть изображение какого-либо приемника с радиальным объекта проецируется в центр пластины электрическим полем в виде пятна конечных размеров. Вэтом случае на диффундирующие в пластину носители тока действует цеременное электрическое поле, которое будет изменять закон их распределения, смещая последние к контактам 1 и 2. При этом происходит периодическое изменение потенциала на электродах с частотой изменения радиального электрического поля, создаваемого источником переменного напряжения 5.
Пока объект находится в центре пластины, потенциалы на соответствующих электродах 1 и 2 изменяются одинаково и выходные сигналы У„= У = О. При смещении объекта от центра нарушается симметрия распределения носителей, и на электродах 1 и 2 будут новые потенциалы, разность которых пропорциональна смещению, а фаза сигнала укажет направление смещения. При модулирующем напряжении порядка 1 В чувствительность таких ПИ составляет 0,5...1 В/(мм.мВт); постоянная времени 10 ' с; уровень шума — порядка 10 В, что позволяет обеспечить высокую т разрешающую способность (менее 0,1 мкм), правда, для небольших размеров чувствительного слоя (до 1,2...1,4 мм). Для устранения зависимости координатной характеристики от значения потока, образующего изображение, по дополнительному сигналу, снимаемому, например, с контактов 1 и 4 (рис.
6. 9), т. е. образующемуся в результате поперечного фотоэффекта, осуществляется управление амплитудой тянущего поля. Этот дополнительный сигнал поступает в цепь управления источником тока, подключенным к центральному электроду 4. Координатные фотодиоды с барьером Шотткн (рис. 6.10). На неосвещаемой стороне фотодиода есть контакты 1 и 2. К сформированному на границе полупроводниковой подложки 3 и металлизированного слоя бр-п-переходу 4 приложено обратное смещающее напряжение У.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
