Источники и приемники излучения - Ишанин Г.Г.
ISBN 5-7325-0164-9
Скачать (прямая ссылка):
полный излучатель (черное тело) с температурой полости 1273±15 К для ПИ, чувствительных к ИК-области спектра.
На практике чаще применяют интегральную токовую 5ИНТ/. А/Вт, А/лм, А/лк, А-м2/Вт, или интегральную вольтовую 5инТ у В/Вт, В/лм, В-м2/Вт, В/лк, чувствительности, характеризующие чувствительность ПИ не вообще, а применительно к реальной схеме его включения. Индекс «инт» можно опускать. Интегральная токовая (вольтовая) чувствительности могут сниматься при немо-дулированном потоке излучения, при этом
5ИНТ 1 = V®. А/Вт, А/лм;
5инт v — Уф/Ф, В/Вт; В/лм.
Здесь /ф = /0 — /,; == V0 — F,; /0 и V0— общие ток и напря-
жение; /т и Vt — темновые ток и напряжение.
Для модулированного или импульсного потока излучения частоту, форму и глубину модуляции при измерении параметров и определении характеристик выбирают в соответствии с требованиями стандартов и ТУ на ПИ конкретных типов. Если этих требований нет, то применяют электромеханические модуляторы с вращающимися дисками и 100%-й глубиной модуляции с частотой 800±20 Гц. Форма модуляции должна приближаться к синусоидальной (Р = 0,353).
78
Технические условия на фоторезисторы устанавливают частоты модуляции 400 и 500 Гц, инерционные тепловые ПИ паспортизуют при частотах модуляции в несколько герц, малоинерционные фото-эмиссионные ПИ в диапазоне 800—1000 гц. В паспорте на ПИ оговаривают температуру и тип источника, частоту модуляции потока излучения и полосу пропускания усилительного тракта, к которой отнесен данный параметр. Часто эти факторы приводят в таблицах параметров как подстрочный индекс или в скобках около значения параметра. Например, S(5oo, eoo.i) означает, что измерение велось по черному телу 500 К с частотой модуляции 800 Гц и отнесено к полосе пропускания 1 Гц.
По результатам измерений определяют средние значения интегральной, ТОКОВОЙ И ВОЛЬТОВОЙ ЧуВСТВИТеЛЬНОСТИ S/ ср, Sy ср по формулам
П П
Si ср = ? Si, t/n> ср = ? Sy, i/n,
i=i f=i
где п — общее число измерений.
Максимальное отклонение чувствительностей ASj шах, ASymax находят по формулам:
AS j шаз? max [ Si шах Si ср |, ASy max — шах | Sy шах ср I*
Нестабильность чувствительностей (%) определяют по формулам:
6S; = (ДSi шах/5/ ср) 100; 6Sy — (ASy max/Sycp) Ю0-
Под монохроматической чувствительностью понимают чувствительность ПИ к монохроматическому излучению Фх.:
S% = Д//ДФ,., А/Вт, А/лм; = ДУ/ДФ*., В/Вт, В/лм.
Импульсной чувствительностью ПИ называют отношение амплитудного значения фототока (напряжений^ фотосигнала, вызванного падающим на ПИ импульсным излучением, к амплитудному значению потока излучения при заданной его форме.
Пороговые и шумовые параметры приемников излучения. Помимо полезного регулярного сигнала в выходной цепи ПИ наблюдается хаотический сигнал со случайной амплитудой и частотой — шум ПИ. На фоне шума становятся неразличимыми малые полезные сигналы, т. е. шум ограничивает возможности ПИ. Причины возникновения тока шума (напряжения шума) ПИ могут быть внешними и внутренними — это воздействие тепла, тока ПИ, фотонный характер излучения и т. д. Так как шумы (флуктуации) являются процессами случайными, их описывают такими характеристиками, как математическое ожидание (средний уровень шума), среднее квадратическое значение или дисперсия. Распределение шума по спектру определяется спектральной плотностью шума — дисперсией, приходящейся на единицу полосы частот.
79
Током шума ПИ /ш называют среднее квадратическое значение флуктуации тока, протекающего через ПИ в указанной полосе частот. Напряжением шума Vm — среднее квадратическое значение флуктуации напряжения на заданной нагрузке в цепи ПИ в указанной полосе частот.
В ПИ имеются следующие виды шумов.
Радиационный (фотонный) шум возникает из-за флуктуации потока квантов, падающих на фотоприемную площадку, от фона и флуктуаций потока квантов, излучаемых самим ПИ в пространство, так как его температура отлична от абсолютного нуля.
Дисперсия флуктуаций потока излучения фона с температурой Тф и коэффициентом теплового излучения гто, поступающего на фотоприемную площадку с площадью А в полосе частот А/, имеет вид
АФф = 8ос78гф^7’ф(ТA Af,
где ат = гТп — коэффициент поглощения фотоприемной площадки; k — постоянная Больцмана, k = 1,38- 1СГ23 Дж-К-1; о — постоянная Стефана—Больцмана, а = 5,67-10"8 Вт/м-2-КГ4.
Дисперсия флуктуаций потока излучения, излучаемого ПИ,
АФп. н = 8е.тпкТ5п. аоА А/.
Общая флуктуация, определяющая дисперсию радиационного шума,
Афр. ш = АФф + Аф2п. и = 8koAaT Af {гТФТ% + Г5П. и).
Дисперсия напряжения радиационного шума с учетом интегральной чувствительности ПИ к излучению фона S„hT. ф и к излучению самого ПИ SHHT. п, и
Vp. Ш = 5ивт. ф АФф -f- Suht. п. и АФп. н-
Радиационный шум имеет равномерный спектр (белый шум).
Тепловой шум называется хаотическим тепловым движением свободных электронов в самом ПИ и имеет равномерный спектр. Дисперсию напряжения теплового шума в полосе Дf определяют по формуле Найквиста
VI. ш = 4kTR А/; 71 m = 4kTR~l А/,
где Т и R — температура и сопротивление ПИ (для фотодиода берут сопротивление базы R6).
