Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов (1977) (1095911), страница 49
Текст из файла (страница 49)
Поэтому дальнейшее рассмотрение процесса прохождения сигнала по электронной части тракта оптико-электронного прибора начнем именно с гармонического сигнала. В электротехнике принято представлять гармоническое кслебание в виде а (1) = А сов (со1 — ф) =- А Ке [е) ~~~ — '>Ц: - Ес [Ле~''"1, или а(1) ==- А з1п(соФ вЂ” ф):=- А 1п1 [е1 ™ ФЦ ---1ш [Ае1'"'1, где Ке — - от французского Кее1 (действительный); 1гп — от французского 1ьпа 1па1гс (мнимый); А == Ае-~~' — комплексная амплитуда; А — амплитуда колебания; ь ==- 2л1 — круговая частота; 1 — частота, Гц; ф — начальная фаза колебания.
Часто символы Ее и 1гп опуска1от и пи~пут просто а (1) == Ае~ ("~ — Ф) == Ае~"". При анализе электронных цепей реальные схемы обычно представляют в виде двухполюсников и четырехполюсников, имеющих одну или две пары зажимов. Любые линейные как активные (содержащие источники энергии), так и пассивныс двухполюсники и четырехиолюсиики могут быть представлены схемами замещения, изображенными на рис. 233. На этих схемах Б„Е„1„1, обознача|от комплексные амплитуды синусоидальных напряжений и токов (либо других физических величин) при фиксированной частоте ь.
Особенно часто приходится иметь дело с четырехполюспиками, возбуждаемыми только со стороны входа. В этом случае под выходным напряжением обычно подразумевается падение напряжения на элементе схемы (пагрузочиом сопротивлении), с которого снимается напряжение. 11агрузочиое сопротивление иногда включается в четырехполюспик, и тогда ои может рассматриваться как разомкнутый, у которого ток иа выходе равен нулю. При анализе двухполюсппков основное значение имеет их еходное > Виходное) еоа1> О>>"»иелен ие При анализе четырехполюспиков основное значение имеет отношение выходной величины к входной.
Если имеется в виду отношение величин, выраженных в одних единицах, например комплексной амплитуды Е, к комплексной амплитуде Е„ то соответствующую безразмерпук> фупкцик> К = — Е,/Е, п»»ы»а»»»»»»ффиЦ»»итал н»ра- Е, ~ дачи, а для разомкнутого чстырехполюспика и рассмотренного примера -- коэффициентом 6 1, усиления напряжения. Если же имеется в виду отношение ве- ~~~Е личпн, выраженных в различ- > 2 ных единипах, например комплексной амплитуды 1, к комп- Рис. 233.
Схсмы заме>ценив двухполексной амплитуде Е„то со- „сник в и»>ет>~рсхп а>осников: а— ответствующую функцию пвухпо>поспи>Ч б — »>стырехпол>оснвк Ь' = 1»1Е1, выраженную, в частности, в амперах на вольт, называют критизной преобразования. В обоих случаях эти функции удобно представлять в виде их относительных значений: й = ТКпвх = Ж~»оа»»» причем А — всегда безразмерная и в общем случае комплексная величина — называется относительной передаточной функцией ~относительным коэффициентом передачи или отноеигпельной крутизной и реобразоеания). Коэффициент передачи, крутизна и относительная передаточная функция в общем случае зависят от частоты го.
Как комплексные величины онп могут быть представлены в форме: К = — —. Ке 1»>'„5 =- Яе >»>'; 1„== 1*с--Ж. Модуль соответствующей комилекспои величины (К вЂ” ~ К1, ~ =- ~ Я~, А = ! й~), представленный как функция частоты, называют амплитудно-чаегпоижой или просто амплитудной характеристикой четырехполюспика, а аргумент гр - - фазочасп>о~иной или фазоеой харакпюристикой. Электронный тракт оптико-электронного прибора состоит из двух основных элементов (рис, 234). 1. Фотоприемное устройппво (ФПУ) — чу ырехполюсник, на входе которого действует комплексная амплитуда синусоидальномодулированного потока излучения Ф, определяемая следующим образом. Если изменение во времени модулированного потока излучения представить в виде Ф (~) = Ф ~- Ф соз (ом~ — ~) = Ф + Кс Фе'", аоптрцемше упуюшпйю- ФИ' 1 Вторн цепь ! ! мс ', Устлпгль ,Й й, ! Рнс.
234. Электронный тракт оптико-электронного нрн- бора то комплексная амплитуда Соответственно на выходе ФПУ действует комплексная амплитуда напряжения и — ие- го. Крутизна преобразования ФПУ Я,ьп~ -: — — иааф ===- (и/Ф) е — У (о- ® — — Яфп~е ПР, где амплитудная характеристика Копь — — ~~игь! =- и/Ф а фазовая 2.
Уоилшпвль — четырехполюсник, обеспечивающий усиление напряжения и до значения и, с коэффициентом передачи (усиления) Кус игь и ~усе > где К,, — амплитудная характеристика; у — фазовая характеристика. Усилитель, как правила, выполняется состоящим из двух частей: гьредваригпельного усилителя (прсдусилителя) и основного (главного) усилителя. Предусилитель монтируется в непосредственной близости от приемника излучения, а основной усилитель размещается рядом с регистрирующим устройством. Та- кое разделение обусловлено тем, что часто оказывается неудобным размещать весь усилитель в одной конструкции с приемником излучения.
Передавать же по соединитачьному кабелю сигнал, вырабатываемый фотоприемным устройством, не всегда возможно, так как помехи, наведенные иа кабель внешними электрическими и магнитными полями, могут оказаться соизмеримыми с полезным сигналом. Кроме того, выходное сопротивление фотоприемного устройства может иметь болыпую величину, а собственная емкость соединительного кабеля обычно велика (до нескольких сотен пикофарад). Это затрудняет непосредственное согласование фотоприемного устройства с усилителем, находяа~ 6 а Ф б=— .
Аг г ~о Ер Рис. 235. цепи вка~очения приемника: а — приемник — генератор э. д. с.; 6 — приемник — генератор тока; а — приемник — генератор иамепения сосопротивления щимся от пего в ряде случаев на значительном расстоянии. Пред- усилители же могут быть без труда построены по схеме с малым выходным сопротивлением, и согласование легко достигается. Предусилитель иногда включается в состав фотоприемного устройства, так как рассмотрение процесса прохождения сигнала по электронному тракту оптико-электроиного прибора обычно ограничивается рамками линейного приближения, когда безразлично, в каком из последовательно соединенных четырехполюспиков сосредоточены функции усиления сигнала.
Состав фотоприемного устройства, даже в том случае, когда в пего не входит предусплитель, неоднороден, если иметь в виду Функции, выполняемые его отдельными элементами. Прежде всего здесь следует выделить цель екл~оченил приемника и цепь селэи (рис. 234) Цепь оключения приемника преобразуют обобщенный сигнал К вырабатываемый приеьпшком при действии па него потока излучспия Ф, в электрическое нш~ряэкение и . Комплексная амплитуда обобщенного сигнала б в зависимости от типа используемого приемника может представлять собой комплексную амплитуду электродвижущей силы Е, тока 1, изменения сопротивления Аг и т.
д. Примеры конкретной реализации цепей включения различных приемников изображены па рис. 235. Здесь представлены три наиболее распространенных случая: приемник — генератор элек- тродвижущей силы (термоэлемент, фотовольтаический полупроводниковый приемник), приемник — генератор тока (фотоэлемент, фотоумножитель и др.), приемник — генератор измерения сопротивления (фотосопротивление, болометр). Конденсатор СО, показанный штриховыми лпниямп, представляет собой собственную емкость приемника излучения и емкость монтажа цепи включения. Обычно этот конденсатор выносится из цепи включения приемника и его емкость объединяется с емкостью цепи связи. В режиме холостого хода (при отсутствии нагрузки) на выходе цепи включения приемника действует комплексная амплитуда (и )„„= = Е, являющаяся следствием первичного преобразования при- Рис.
236. Цени связи: а — смкостнаЯ связь; б— ТРЯНСФООМЗТОРНЗЯ СВЯЗЬ емником комплексной амплитуды потока излучения Ф в обобщенный сигнал У и вторичного преобразования этого сигнала цепью включении прнемника в электрическое напряжение. Если дифференциальная крутизна (чувствительность) собственно приемника излучения Ь'= У/Ф, где У вЂ” комплексная амплитуда обобщенного сигнала, равная в разных случаях Е, 1, Ьг и т. д.; Ф вЂ” комплексная амплитуда синусоидально-модулированного потока излучения, то цепь включения приемника в целом характеризуется крутизной 5„, =и/О, а в режиме холостого хода соответственно Цепь связи преобразует напряжение, комплексная амплитуда которого равна и, в напряжение с комплексной амплитудой и, действующее на выходе фотоприемного устройства.
Два примера наиболее часто встречающихся цепей связи приведены на рис. 236. Цепь включения приемника и иеаь связи представляют собой тот реальный набор элементов (конденсаторов, сопротивлений, индуктивностей, трансформаторов, источников питания), через который электрический сигнал проходит до его последующего усиления. Поэтому эти цепи объединяют в единую цепь, назы- 302 васмую входной пенью. Обычно цепь включения приемника в составе входной цепи заменяют эквивалентной схемой, состоящей пз источника электродвижущей силы Е и внутреннего сопротивпения У;. В этом случае определяется следующая схема взаимодействия и соединения элементов электронного тракта прибора ~рис.
237). Поток Ф, воздействуя на приемник излучения, вызывает обобщенный сигнал К который, в свою очередь, приводит к возппкповению электродвижущей силы Е во входной цепи. сттдрдадхаа улрьдгдда ФИ' ЗгМи5адентпч гхеда а дхоачеддд дрИвнида Рис. 237. Схема взаимодействия и соединения элементов электрод- ного тракта Коэффициент передачи входной цепи К,„= й/Е . Приемник излучения в этом случае можно характеризовать крутизной (вольтовой чувствительностью) Б,р= — Е /Ф. Очевидны также следующие соотношения между модулями передаточных функций различных элементов фотоприемного устройства: Б = — Е ~Ф=(Е 1ЦНи1Ф) =Б„х „хБ, где Бдаа „, === Е 1Ю; Б = ИФ.
Обозначим ~ др — БпрФдр д1дхе причем Бпр гдах = (Е-/Ф)и +о — Бдр 0~ следовательно, г'др = БдрФдр а = Бдда. х. хЭБпр д. Если крутизна Б„,, „, от частоты га не зависит (конденсатор Сд исключен нз схемы цепи включения приемника), можно считать, что ее значение совпадает со значением при еа —. О, т. е. Баха. х. х — ' (Бдкд. х. х)а-+о = Бдхд. х, хд ":-' (Е-Щдма. В этом случае ~про ~прв ( Е,Ф1 ( У (,,„1, Апр .= —.- 1Д1+ 1о)тпр); Апр — — — 1Д~/ 1+ (ьтпр)'. Обитую крутизну электронного тракта Я„,,„= й,./Ф можно представить в виде ~пб1п ~Ф1 1уКус в то же время ~Фпу ~~вклКсв~ ~српу ~прКвк.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
