Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

где - постоянная Больцмана, равная ; - температура приемника, К; - темновое сопротивление приемника, Ом; - рабочий интервал частот, Гц; U - напряжение источника питания приемника, В; - сопротивление нагрузки, Ом; τ - время жизни носителей, с; n - концентрация носителей, ; V - объем чувствительного материала приемника, ; - частота модуляции лучистого потока, Гц; i- среднее значение тока, А; A - постоянный коэффициент (для сернисто-свинцовых фоторезисторов, равный ); - площадь излучения цели, и коэффициент излучения (безразмерная величина); σ- постоянная величина в законе Стефана – Больцмана, ; - площадь чувствительной площадки приемника, ; - коэффициент излучения чувствительной площадки; e- заряд электрона, равный ; - постоянная характеризующая природу фотокатода.

(1.106)

Для различных типов приёмников в большей или меньшей степени характерны описанные виды шумов.

Отдельным типам приемников излучения в разной степени присущи перечисленные виды шумов. Для фотоэлементов с внешним фотоэффектом основными видами являются дробовой, тепловой и шум мерцания. У фоторезисторов преобладает токовой шум и сильно сказывается тепловой шум. Для фотодиодов в зависимости от схемы их включения доминируют дробовой или тепловой шумы. В термоэлементах тепловой шум мал и при больших энергетических освещенностях заметно сказывается дробовой шум. У полупроводниковых болометров основным видом шума является тепловой.

Порог чувствительности - это минимальное значение лучистого потока, вызывающего на выходе приемника сигнал, равный среднему квадратичному значению напряжения шумов или превышающий его в заданное m число раз: F_пор = m(U_ш/s_U)^1/2, Вт.

Значение коэффициента m зависит от того, к чему относят порог чувствительности. Если рассматривать F_пор обособленно для приемников в стандартизованных условиях, то обычно принимают . Если же F_пор относится к приемникам, включенным в определенную схему, служащую для выделения сигнала на фоне шумов, то коэффициент принимают равным 3...5, а для некоторых специальных схем даже меньшим или равным 1.

Так как напряжение шумов приемника зависит от площади его чувствительной площадки и полосы частот усилителя сигнала, то для сравнения различных приемников используют величину порога, отнесенную к единичной полосе пропускания (1 Гц) и единичной площади фотоприемника (1 ).

При работе с приёмниками чаще пользуются такой характеристикой, как «обнаружительная способность», которая не зависит от площади чувствительной площадки приемника и является величиной, обратной F_пор. Обнаружительная способность D* (λ, fм,1), где ширина полосы равна 1 Гц.

Постоянная времени.

Постоянная времени – это промежуток времени , за который сигнал на выходе приёмника нарастает от нуля до значения, равного 0,63 от стационарного значения. Этот параметр служит мерой способности приёмника регистрировать оптические сигналы минимальной длительности, а также определяет максимально возможную частоту модуляции потока излучения, регистрация которого происходит ещё без искажения. Разброс для различных образцов одного типа приёмника не превышает 5 ...10%.

Сопротивление чувствительного элемента R_n.

Для различных типов приёмников используются разные параметры, с помощью которых можно оценить сопротивление чувствительного элемента. Например, для фоторезисторов в качестве параметра рассматривается темновое сопротивление (сопротивление приемника в случае отсутствия облучения приемника). Для фотодиодов R_n — отношение малых приращений напряжения сигнала к фототоку при заданных эксплуатационных условиях, например, при заданной облученности приёмника.

Сопротивление чувствительного элемента может зависеть от температуры окружающей среды, материала фотослоя и формы чувствительной площадки. Величина сопротивления влияет как на свойства самого приемника, так и на свойства входной цепи электронной схемы усиления сигнала.

Спектральная характеристика.

Чувствительность приёмников зависит от длины волны падающего потока. Эту зависимость называют спектральной характеристикой чувствительности Эта характеристика определяет эффективность приема излучения от цели с заданным распределением мощности излучения по спектру.

Идеальный приёмник излучения имеет спектральные характеристики в виде прямых, параллельных оси длин волн. У реального приёмника эти характеристики отличаются от прямых так как коэффициент поглощения чувствительного слоя и коэффициент пропускания входного окна зависят от длины волны.

С помощью спектральных характеристик приемника определяется коэффициент использования принимаемого излучения и производится пересчет чувствительности при переходе с одних условий работы на другие.

При различных температурах объекта измерения изменяется не только величина, но и спектральный состав потока, что вызывает изменение сигнала, снимаемого с приемника.

Частотная характеристика.

Зависимость чувствительности приемника от частоты модуляции падающего на него потока называется частотной харак­теристикой приемника. Вид этой характеристики определяется постоянной времени приемника и видом модуляции.

Из опытных данных следует, что с увеличением частоты модуляции воспринимаемого лучистого потока чувствительность приемника падает. Допустимую частоту модуляции берут из условия .

Энергетическая характеристика.

Эта характеристика представляет собой зависимость выходного напряжения в цепи приемника U_вых от величины лучистого потока , падающего на его чувствительную площадку (при постоянном напряжении питания цепи приемника). По энергетической харак­теристике может быть определена интегральная (вольтовая) чувствительность приемника, которая является крутизной зависимости U_вых = U_вых (F).

Для приемников, имеющих нелинейную энергетическую характеристику, вольтовая чувствительность должна определяться при заданной энергетической освещенности рабочей площадки или, что практически то же самое, при заданной температуре излучателя - абсолютно черного тела. При других облученностях величина чувствительности будет другой, что может быть учтено при помощи энергетической характеристики приемника.

Вольтовые характеристики.

Они выражают зависимости интегральной, вольтовой и пороговой чувствительности, а также уровня шумов от величины напряжения, питающего приемник излучения. С увеличением питающего напряжения вольтовая чувствительность приемника увеличивается, но одновременно увеличивается и напряжение шумов, поэтому вольтовые характеристики используют для оптимизации отношения сигнал/шум.

Спектр мощности шума.

Кривая, описывающая распределение дисперсии шума по частотам, называется спектром мощности шума. На основании этой характеристики выбирают частоту модуляции сигнала и полосу пропускания схемы усиления так, чтобы отношение сигнал/шум было наибольшим.

Существует ряд других характеристик приемников излучения, выражающих зависимости их параметров от времени, температуры, механических, радиационных и климатических воздействий, угла падения лучистого потока на чувствительную площадку и т. д.

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИЁМНИКА ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ КРИСТАЛЛА С ФОТОГАЛЬВАНИЧЕСКИМ И ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ЭФФЕКТАМИ

2.1. ВОЛЬТ-ВАТТНАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ФОТОГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПРИЁМНИКА ИЗЛУЧЕНИЯ

Пироэлектрические приемники излучения (ППИ) нашли широкое применение в различных областях науки и техники, в том числе и в транспортной промышленности [1-3]. По сравнению с другими типами приемников они обладают целым рядом преимуществ - в частности, высокой вольт-ваттной чувствительностью. Однако частотная зависимость этой чувствительности имеет спады в области низких и высоких частот модуляции излучения. Низкочастотный спад чувствительности объясняется тем, что пироток пропорционален производной от температуры по времени и стремится к нулю на низких частотах [1]. В то же время в ряде пироактивных кристаллах наблюдается фотогальванический эффект, позволяющий регистрировать стационарный поток излучения [2]. Если освещать закороченный на себя сегнетоэлектрик, то через него, в направлении спонтанной поляризации , начинает течь фотогальванический ток , который прямо пропорционален мощности излучения .

Целью данной работы является расчет частотной зависимости вольт-ваттной чувствительности приемника излучения, использующего фотогальванический эффект.

В работе [] показано, что для ниобата лития легированного железом фотогальванический ток пропорционален мощности излучения , где: , где: – константа Гласса, - коэффициент поглощения [2].

Стационарный фототок без внешнего электрического поля вызван разной вероятностью миграции заряженных частиц в разных направлениях относительно спонтанной поляризации.

При измерении напряжения в сегнетоэлектрике в направлении спонтанной поляризации течёт фотоиндуцированный ток:

, (2.1)

Характеристики

Список файлов ВКР