Теоретические основы оптико-электронных приборов - Мирошников М.М.
Скачать (прямая ссылка):
459
сопротивление R и его шумовая температура Тш равны
/? =
'ут'' н
тш^тг
гут Ч' гн
Гут
7Ун+Г 2гут гут Ч" гн
/"ут Ч- 'н Гуг Л гн
где Тх и Т2 — температуры сопротивлений утечки и нагрузки. Генератор Гш1 представляет собой генератор шумового тока
dim = 1 2^0 df.
а генератор Гш2 — генератор э. д. с. шума
de„: = VWTjidf.
Средний квадрат шумового напряжения на зажимах шумящего двухполюсника, включающего в себя генераторы Гш1 и Гш2,
Ат—г—
К О* О* 2
Рис. 320. Фотоэмиссионный приемник излучения, его схема включения (а) и шумовая эквивалентная схема (б)
равен сумме двух составляющих, определяемых шумовым током dim (дробовый шум) и э. д. с. шума delu (тепловой шум)
du~ — du
ш. др
¦1 duUi т.
В свою очередь,
ш|2(/)|2 = а/2ш22(/).
Комплексное сопротивление эквивалентной шумовой схемы равно:
(/) + *2 (/); z2 (/) = г (f) r = х2/?2/(/?2 + X2),
где
Л2
'(/)
(/)
Я2 1-х я2
г Я;
460
Коэффициент передачи рассматриваемой шумовой схемы для
э. д. с. генератора Гш2 равен:
Ь' /С\ _ __ X у • X р __________________
А R + jX ~ R2 + X2 1 J R2 X2
г ф x(f) _ Z (/) .
R *"} R R ’
*“(/) = |K(/)|a = Z2 (/)//?*.
Следовательно,
*4~т = del к2 (/) = ей .
Тогда
*4 = Л4,ДР + = z2 (/) [d4 + rfeT/tf2 ] =
= R (2ei„ -f 4-kTjR) г (/) df.
Вынесем за скобки 4kTJR, где 70 = 295 К, и найдем
«Г. (-3^. V? I Т?)'(М.
Так как
e/2kT0= 1,6-10-19/(2 -1,38 • 10-23• 295) = 19,65 20В"1,
то
dul = 4/г7о (20totf Н Т ,„/7о) г (/) df\ wui — 4&7’ о (2()to/? f- Гш/То) g7г>
где е/г = | г (f) df — интеграл сопротивления.
о
Если X = 1/((оС), то интеграл сопротивления 3Т равен
оо оо оо
= I Г № ^ = Я j ?2 _U X2 df в ^ 1 1 L (2л/т)2
о о о
где т = ЯС, следовательно,
еГг - Д/(4т) = 1/(4С);
5’=-^(^-+20<о«).
Поскольку для составляющей, определяемой только тепловым шумом, = kTJC, то для составляющей, определяемой дро-
бовым шумом, «ш.др =20i0RkT0/C.
461
Так как шум источника сигнала должен преобладать, необходимо обеспечить выполнение условий:
Др ^ иш. т5 п Тт/Т(,
И ' ’ 20/о ‘
При Тш = Го, найдем # > l/(20to).
Коэффициент шума для рассматриваемого случая равен
Р___ 11 Т шП о
г — 20 i0R •
Минимальная величина тока i0 равна темновому току iT фото-эмиссионного приемника, который определяется, главным образом, плотностью тока термоэлектронной эмиссии (А/см2) и для различных типов фотокатодов равен следующим значениям:
Серебряни-кислородно-цезиеЕый 10~11—Ю-1а
Сурьмяно-цезиевый............. 10 14—10"15
Мультищелочной................ 10~16 -10~1в
Для различной площади фотокатода темповой ток может находиться в пределах 10-7—10-15 А, следовательно, для получения
значения F = 2 необходимо обеспечить R = 5 (105 ч-Ю13) Ом.
Решить эту задачу можно, используя газовое или электронное умножение сигнала (и шума) фото-эмиссионного приемника. В этом случае шумовая эквивалентная схема имеет вид, представленный на рис. 321, и условие согласования выглядит следующим образом:
п 1 j
А ^ 20 МЧ0 ’
где М — коэффициент умножения.
Для газонаполненного фотоэлемента коэффициент умножения обычно не превышает 10, а для фотоумножителя — достигает 10е—106.
В этом случае проблемы согласования дробовых и тепловых шумов практически не возникает. Однако любому усилению первичного тока как газовому, так и электронному, присущи дополнительные шумы, связанные с вероятностным характером возбуждения и рекомбинации молекул при газовом умножении или шумом перераспределения электронов между динодами при электронном умножении. Поэтому в каждом конкретном случае
462
A L,
| у* |
Рис. 321. Шумовая эквивалентная схема для газонаполненного фотоэлемента и фотоумножителя при идеальном (бесшумовом) процессе умножения электронов
необходимо производить оценку эффективности использования того или иного фотоэмиссионного приемника излучения в схеме прибора. Обычно считают, что при отсутствии засветки (ночью) выгоднее использовать фотоумножитель, а при наличии засветки (сумерки, день) — одиночный фотоэлемент.
Если фотоэмиссионный приемник включен во входную цепь усилителя по схеме, представленной на рис. 322, а, то шумовая эквивалентная схема с генератором э. д. с. шума, изображенная на рис. 322, б, позволяет записать следующие соотношения для дисперсии дробового шума на выходе усилителя:
^ш. др — ЬоКо \.Рцк!(fu “I- ?вх)]~ Д/ш*
<9 ц
Q Пг- 0г» :zc«
KJf)
»
иш —о
к
к., ад
Здесь
Рис. 322. Схема включения фотоэмиссионного приемника во входную цепь усилителя (а) и шумовые эквивалентные схемы с генератором тока (б) и генератором э.д.с. (в)
Ео — 2ei(/a,
rj{ru -f- rHX) — максимальное значение коэффициента передачи входной цепи; /С0 — максимальное значение коэффициента усиления усилителя, где
*вх (/)
’К|+(оя“—sb)2
ra + гь
^вх ^вх^вх»
^св (rH “f" ^"вх) ^вх /?свСсВ.
463
Так как е (/) =1, то предполагая, что
1 при
*ус ^ {0 при /t > / > /2»
найдем
^Лн. др ~~ 2<?["о/?вх-^Со А/ш» df
+ 1«твх — l/(coxCB)]‘2
¦2 *
Если на частоте оз0 имеет место равенство оз0твх = 1/(оэ о^си). a fi ^ оз0/(2л), то
А/ш = /2 — fi = А/; ыш. Др = 2eioRbxKoAf.
Если в диапазоне частот от /х до /2WTnx 1 /то
