Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов (1977) (1095911), страница 51
Текст из файла (страница 51)
(термозлсмент, фотовольтаическнй полупроводниковый приемник), расчет величины сигнала может производиться ,а формулам $ 2 этой главы„если считать, что Е представляет .абай э. д. с. приемника, а гг — его внутреннее сопротивление. Однако задача расчета в рассматриваемом случае оказывается более сложной, так как приемники излучения, вырабатыва!о!цие д. с., обычно имеют небольшое внутреннее сопротивление, 1!!я согласования которога со входом усилителя используется трансформатор. Схема входной спп в этом случае имеет вид, и представленный на рис. 244.
-)квивалентпая схема Входной цепи, содержащая известную из элект отехннкн схему замеще- тР пия трансформатора, изображена на рис. 245, где т — — ак- Рис. х44. Схема фотоприемного усгройтивное сопротивление первич- сгва (входной цепи) с приемником иа- лучення, Явля!о!нимся источником НОИ ОбМОТКИ ТРВНСфарМВТара э. д. с.
1п — коэффициент тр нс!1 рмт,, — — инду ктивност! Рассеяния цнн) щэВичнаи обмотки, Г2 и Ев2 приведенные (пересчитанные в пень первичной обмотки) значения активпога сопротивления и пндуктивнасти рассеяния вторичной обмотки; т,',„и С;,„-- приведенные значения входного сопротивления и входной емкости (В данном случае Входная емкость Включает В себя кроме емкости монтажа, собственной емкости приемника и входной емкости усилителя г С„еще и собствепнуго межвиткавую емкость трансформатора, составляющую обычно 50— Рис.
245. Эквивалентная схема входной 100 НФ); ~-г — индуктиВность цепи, содержащая схему аамещения транс- перВичнОй Обмотки; форматора сопротивление потерь в ста- ли сердечника ~это сопротивление обычно мало по сравнению с в~.„так как входныетрапсфарматары работают при относительна малых значениях индукции в стали). Если коэффициент трансформации и = — и!,/ы„где гг!! и гг! число витков первичной и вторичной обмоток, то имеют место следу)ащие соотношения: т~ = г /на; 1.:а =- 1,йга; г„'„=- т„/па; С,„=--=. иаС,„", и =- иlп. Эквивалентная схема, представленная на рис.
245, может быть в значительной мере упрощена, если не рассматривать одноВременно весь рабочий диапазон частот, а разделить его на три области: низкие, средние и высокие частоты. В области средних частот вблизи частоты о~„, для которой удовлетворяются неравенства гааГ., З~ т'„, гоа1., ~~ т,'„ 1йгваСа„)>>тах, в эквивалентную схему не входят реактивные 311 элементы и она имеет вид, изображенный на рис. 246. Комплек сный коэффициент передачи напряжения в этой схеме равен гвх = Ко=- Э гг+ г1+ гя+ гвх К' (во) = —— следовательно, Квх(сои) = ( ~ -= К ~ Е гвму пв гю+ гд+гв/ив+ гвхй~~' или Кв --= 1+( (;+,)+..)Е, Если активное сопротивление первичной цепи трансформатора согласовано с входным сопротивлением г', т.
е. п' = г, ~(г; + г,), а г, ~< г„, то К,:=- п12. В области низких частот си === со„< а, можно пренебречь сопротивлениями индуктивностей рассеяния Ед и Е,~, а также сопротивлением емкости С;, . Слег; т; т довательно, эквивалентная схема на низких частотах имеет вид, представленный на рис. 247, а. Преобразование схемы на рис. 247, а в схему на рис. 247, б не вносит заметных погрешноРис, 246. Эквииглснтиии еисми входстей вследствие малой роли активных сопротивлений обмоток трансформатора по сравнению с другими сопротивлениями схемы.
Во всяком случае вносимая погрешность создает небольшой запас при расчете величины частотных искажений в области низких частот. Схема на рис. 247, в получена преобразованием схемы на рис. 247, б с помощью теоремы об аквивалентном генераторе. Так как для эквивалентного генератора внутреннее сопротивление и э.
д. с. равны соответственно г +г„„г,.+г „ где г~ = г; + г, + ~4, то в области низких частот комплексный коэффициент передачи эквивалентной схемы входной цепи й' '1 1ь„1 1 Ф' /~=~„Я; * 1ав1. 1+ К~1 Ц~„ЯД в Поскольку интересующая нас величина комплексного коэффициента передачи фотоприемного устройства Ф и ' (и'~ ~гвх и — Квх(ив) 1, ~ в~ ~ 1 ~ ~,„--Квх(®в)Кв, 1 Кв вх (ов)" 1 1 о.,(1со 1 1 модуль комплексного коэффицис.пта передачи в области низких частот Квх ( .) ==- Кв!Р'1+- ФЛ .~- И'.
а аргумент ср,„(сов) = — ср„-= агс1а (1сфсовЕД. Относительная амплитудно-частотная характеристика входной цепи в области низких частот имеет вид а) Й (сов) .= Квх (со„)~ʄ—.. -;.- 1ф" 1+ ф,-/(со„К.д)1', А„, (со„) = 1Д/ 1+ 1/(со,тв)», где т„= д.д~й;. Если со„= 1Ртв, то Й„„(сов) = == 1/)Г2 = 0,707. В области высоких частот (со =— =- со, > сов) эквивалентная схема входной цепи с трансформатором имеет вид, представленный на рис. 248.
На этой схеме введены следующие обозначения: гс = гс + гд + г», д.х = д 51 + д.х», 21 — — 1соЕ.;, 1и»= — 1/г' +1 С;„. Рис. 247. Эквивалентные схемы входной цепи длн ниакнх частот: а — полнан; б — упрощенпап; и — с эквивалентным генератором Комплексный коэффициент передачи схемы на рис. 248, 6 равен 1 Кв, (со,) =- —. Е ~.,=., 1+~,~~»+г,/~» Подставляя значения Я, и Я и преобразуя, можно найти °, дсо Квх(сов) = 1 — вд»тдт» + 1со (атд + т») ' гдеК;=г,'„~(г';+г,',); т,=г.'„С.'„; т,=е,~(г,'-+г',„); а--=гикс-~-г,'„). Так как Квх(сов) = ~ ~ = ~ .„~ = гдКвх(сов)~ И 1=--. Квх('"в) " 1 — ы-т1тй+ 1ы(ат~+ тй) где Кв -= аКв == 1 ( 1ий (г; -';- г,) с кй) вхв„' Модуль коэффициента передачи Кв,(а в) =-== $ (1 ы тйтй) ) ы (пт1 1 тй) Ю 6 Рис. 248. Эквивалентные схемы входной цепи Лля высоких частот: а— полная; б — упрощенная Относительная амплитудно-частотпая характеристика определяется выражением х Квх (ыв) 1 '~вх (6вв) .— й й й й Кв $' (1 — ыйтйтй)в+ый(ат, +т.)й а обратная величина, называемая коэффициентом частотных искажений, Мв =- 1Уйвх( .) -- 4/(1 — ь'т;я) + в (а;+.й)'.
Введем обозначения: р:=в)/т~~~=а1 К~с„е, ит'ихос е;, 1== "~+ й =-~ГК; Тогда можно записать ~ ( ъ.) =-1М1 — Р)'+И)' или М. = 3l (1 — о)'+ (Ф)). Величину р, пропорциональну1о частоте, называют обоб1ценпой частотой. Величина д представляет собой затухание контура входной пепи па верхних частотах, она:определяет форму частотной характеристики. С увеличением д подъем характеристики за счет резонанса умепыпается.
Условие максимума коэффициента передачи (минимума коэф фипиента частотных искажений) найдем, продифферепцировав ,ражепие для М, и приравняв производную пулю. При этом можно найти в 4Р0 — Ра'1+2 1»= Р' В ТВующее мак ередачи в Области высоких частот, ранио х гн» р == 1/ 1 — аг2 Полученное выражение для гв . имеет физичеекий смысл Рис. 249. Частотнан характеристика входной цени фотоприемного устройства при услоВии д ~у 2,чтОяв-, приемником генератором а д ляется условием получения подъема на частотной характеристике. Для д > ~/ 2частотная характеристика не имеет подъема в области верхних частот.
Общий вид частотной характеристики фотоприемного устройства, входная цепь которого включает в 'себя трансформатор, представлен на рис. 249. Подробности расчета можно найти в книге С. Н. 1(ризе «Усилительные устройства». $4. РАСЧЕТ АМПЛИТУДЫ СИГНАЛА ДЛЯ СЛУЧАЯ, КОГДА ПРИЕМНИК ИЗЛУЧЕНИЯ ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ ГЕНЕРАТОР ТОКА Если источником сигнала служит приемник — генератор тока, например фотоэмиссионный приемник излучения (рис. 250), то эквивалентной схемой фотоприемного устройства является схема, представленная на рис.
251. В этой схеме сила тока, протекающего через .1.,- генератор, не зависит от напряжения на его зажимах, т. е. от величины 1 сопротивления нагрузки. Так как Е внутреннее сопротивление генератора Й тока равно бесконечности, то, при- меняя к схеме на рис. 251 теорему "нс' ~йО. С~~~~ фо™ПРнемног~ об эквивалентном генераторе, можно представить ее в виде, изображенном тор тока) на рис. 252.
В этом случае приходим к схеме входной цепи фотоприемного устройства с приемником — генератором э. д. с., у которого г;==-г„; с- == 1 гн. Поскольку в $ 2 этой главы уже было получено выражение для комплексного коэффициента передачи подобной схемы, можно сразу же записать Е 1+1)оп х — 1Пгвт )) ' где .Кв = гв,1(г, + г,х) .=-- г 1(г„+ г„х); т,х =- Сн„й ив„= ггг„1(г; + г„х) = гнгвх1(гн .+ г„х)'„ тсв = — СсРсв, )~св = Г' + Гвх .= Гн -1- Гвх. Рис.
251. Эквивалентнан схема фотопри- Рис. 252. Схема входной цепи емного устройства с фотозмнссионным фотоприемного устройства с фотоприемником излучении (для перемен- змнсснонным приемником излученого тока) нии, представленным в виде генератора з. д. с. Коэффициент передачи достигает максимального значения, равного Ко, на частоте ~~0 ' )й ~вхтсв* Относительный коэффициент передачи й,х .= —— Кнх Кв 1*11гвтвх — Иых )1 ' а его модуль (относительная амплитудно-частотная характеристика) Ав„(гн) -— 1 У 1+ М~вх — 1Лытсв))' Крутизна фотоприемного устройства в целом равна ° * -'~е ну =-- ~на вКФн,~~~ = ~Фана.х.х.КФ~,1~ах.
Так как в данном случае комплексная амплитуда обобщенного сигнала 0 равна комплексной амплитуде тока, вырабатываемого приемником, т. е. г1 =- 1, то Явна. х. х о — — (~-11-)гв-+о = гн. Учитывая также, что Д 1 . 1 гвх й.х = 1+ 1 1гвтвх — 1Лгвтсв)) ' К гвхгн Рвнл х.хс-= г +г ="вх найдем ~~РПУ =' о пР' вх ьх '' О 'ох 1 ) 1~от 1 ~ 1О~. 1Д®т )1 ~ 3 =-=51 Р А -:---Яй где 5„=' (~/11~) а. 1~1одуль крутизны фотоприемного устройства — амплитудно- частотная характеристика 1 1 К =-- ~А Р-~.:= ~ой,.
1' 1 -~- (ысщ )' Г 1+ 1олвх — 1:(сл )]' Максимального значения крутизны фотоприемного устройства можно достичь, увеличивая К„„, однако при этом трудно сохранить на заданной частоте значение коэффициента передачи входной цепи А„„, так как с ростом К„„растет постоянная времени ,-., -- с„,я„"„"..' Компромисс может быть осуществлен посредством коррекции постоянной времени входной цепи т„„возрастающей с увеличепцем Й„„, соответствующими дифференцирующими цепочками в схеме усилителя подобно тому, как это описано в гл. 10, ф 3. Глава 12 СП ЕКТ Р СИГ НА Л А.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
