Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
Постоянная времени т определяет граничную частоту фотоприемника Zrp — частоту синусоидально модулированного потока излучения, падающего на ПИ, при которой его чувствительность снижается до значения 0,707 чувствительности при немодулированном излучении.
140Глава 6. Приемник излучения как звено оптико-электронного прибора
Сопротивление приемника. Этот параметр особенно важен при выборе или расчете цепи включения ПИ. Зная его, можно найти оптимальное сопротивление нагрузки ПИ. Для различных ПИ используются разные параметры, с помощью которых можно оценить сопротивление чувствительного элемента. Например, для фоторезисторов в качестве параметра рассматривается темновое сопротивление Rt — сопротивление приемника в случае отсутствия облучения приемника. Для фотодиодов обычно приводят значение дифференциального сопротивления йд, которое равно отношению малых приращений напряжения сигнала к фототоку при заданных эксплуатационных условиях, например при заданной облученности ПИ.
При согласовании приемника с последующей электронной схемой разработчику приходится учитывать величину Rt (или R^) при выборе типа усилителя и схемы связи приемника с усилителем.
Спектральные параметры (параметры спектральной характеристики). Коротковолновая и длинноволновая границы спектральной чувствительности ПИ определяются как наименьшая и наибольшая, соответственно, длины волн монохроматического излучения, при которых чувствительность ПИ равна 0,1 ее максимального значения.
Эффективность приема излучения в диапазоне X1...X2 можно оценить с помощью величины, называемой коэффициентом использования или спектральным КПД приемника:
J sx<bxdX
J® iA
где Sx — спектральная характеристика чувствительности ПИ; Фх — спектральная плотность потока излучения, падающего на ПИ.
Строго говоря, коэффициент использования можно считать параметром ПИ только в том случае, если рассматривать его по отношению к какому-то определенному источнику излучения, например, эталонному.
Геометрические, электрические и другие параметры. Для оценки конструктивных особенностей ПИ при работе его в составе ОЭП необходимо знать такие его параметры, как площадь и конфигурация чувствительного слоя, оптические свойства (коэффициенты поглощения, преломления и отражения), емкость, напряжение питания (рабочее напряжение), температура чувствительного слоя и ряд дру-
141Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
гих параметров, описывающих его свойства.
Отдельные группы параметров характеризуют специфические свойства различных типов приемников, например, фоторезисторов, координатных фотоприемников и др.
6.3. Характеристики приемников излучения
Зависимость, определяющая изменение какого-либо параметра приемника при изменении внешнего воздействия на него, называется харак тери сти к ой.
Спектральные характеристики. Вследствие избирательности поглощения энергии излучения большинством ПИ их чувствительность к монохроматическому излучению меняется с изменением длины волны падающего потока. Эту чувствительность называют спектральной, а зависимость ее от длины волны падающего на приемник монохроматического потока излучения — спектральной характеристикой чувствительности (рис. 6.1).
:І ЇІШШШ
^ I pi I
0,3 О,* 0,6 0,9 1,0 Z « 6 8 10 f* № 2530
Рис. 6.1. Спектральные характеристики некоторых ПИ:
1 — сернисто-кадмиевый фоторезистор CdS; 2 — кремниевый фотодиод;
3 — германиевый фотодиод; 4 — неохлаждаемый фоторезистор PbS295; 5 — охлаждаемый фоторезистор PbS78; 6 — охлаждаемый фоторезистор InSb78;
7 — глубокоохлаждаемый (Т=30 К) фоторезистор Ge; 8 — охлаждаемый фотоприемник (фоторезистор, фотодиод) HglotCdxTe при х=0,95 и температуре охлаждения T= 70 К; 9 — то же, при х=0,1 и температуре охлаждения Т=83 К;
10 — охлаждаемый фоторезистор Ge:Au7g.
Вольтовые характеристики. Вольтовые характеристики выражают зависимости чувствительности, тока и напряжения шума, удельной обнаружительной способности и других параметров от напряжения, приложенного к приемнику. Вольтовая характеристика чувстви-
142
л f\ 3M ї\Ж ^TVr Л 6 > -f*
і I \1 2 " JC Xj T Г у г Pi rI
\ I т У
/ / УЇ / I у 1?
/ Vx / г I J. X '7 _10 Глава 6. Приемник излучения как звено оптико-электронного прибора
тельности s(U) определяется при фиксированном потоке излучения, падающего на ПИ.
Зависимости параметров от мощности излучения. К ним относятся: люкс-омическая характеристика фоторезистора — зависимость светового сопротивлении фоторезистора от освещенности; энергетические характеристики — зависимости силы тока или напряжения сигнала от потока излучения, падающего на ПИ; световая характеристика фотоумножителя — зависимость анодного тока фотоумножителя от значения потока — и ряд других.
Зная энергетические характеристики ПИ, можно легко определить его интегральную (вольтовую, токовую) чувствительность, которая является крутизной зависимости U = /(Ф) или I = /(Ф).
Селективные ПИ при увеличении потока, падающего на них, ведут себя подобно глазу — их чувствительность падает. Поскольку для большинства таких приемников энергетические характеристики нелинейны, т.е. крутизна в различных точках неодинакова, чувствительность ПИ необходимо определять при заданной освещенности (облученности) его приемной площадки, а также при заданном спектральном составе излучения. При других освещенностях значение чувствительности может быть иным, поэтому при изменениях потока, падающего на ПИ, следует учитывать изменение чувствительности, пользуясь энергетической характеристикой.