Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
Наибольшее влияние на обнаружительную способность фотодиодов оказывают дробовый, тепловой (электрического сопротивления базы), а также токовый шумы.
Фототранзисторы — это обладающие свойством усиления фототока ПИ с двумя р-п-переходами, в которых происходит направленное движение носителей тока.
Фототранзисторы имеют высокий квантовый выход (около 100). Однако наличие второго р-л-перехода приводит к значительному увеличению шумов, поэтому часто предпочитают использовать фотодиоды, добавляя дополнительный каскад в усилитель сигнала, шум которого меньше влияет на обнаружительную способность прибора по сравнению с шумом, возникающим при использовании фототранзистора. Основными видами шумов в фототранзисторах являются тепловой и дробовый шумы.
К недостаткам фототранзисторов относятся: значительная нестабильность параметров и характеристик во времени и при изменении температуры окружающей среды; меньшая, чем у фотодиодов, обнаружительная способность. У ряда фототранзисторов в центре чувствительного слоя вследствие затенения эмиттером части базы имеется «слепое пятно». Поэтому при их использовании совершенно необходимо распределять поток по всей чувствительной поверхности фотослоя, т. е. применять конденсоры.
Параметры некоторых отечественных фотодиодов и фототранзисторов приведены в табл. 6.3.
Тепловые (неселективные) приемники излучения. Принцип работы термоэлементов основан на использовании термоэлектрического эффекта Зеебека, который заключается в появлении электродвижущей силы (термоЭДС) в цепи, состоящей из двух разнородных по составу проводников (рис. 6.5), при условии, что между двумя их спая-
157 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
Таблица 6.3
Параметры некоторых фотодиодов и фототранзисторов
Диапазон Интегральная
Тип приемника Материал спектральной чувствительности АХ, мкм Xmax, мкм токовая чувствительность S1, мкА/лк
ФД-7Г Ge 0,4...1,9 1,6 0,1
КФДМ Si 0,5...1,2 1,0 1,6-10^
ФД-24К Si 0,47...1,12 1,0 0,6-10"2
ФТГ-3 Ge 0.4...1,9 1,6 750 мА/лм
ФТ-1К Si 0.5...1,2 1,0 0.4
Тип приемника Постоянная времени т, с Напряжение питания Ut, В Порог чувствительности Фш, лм-ГЦ"1/2 Площадь чувствительного слоя, mm2
ФД-7Г - 10 5-IO"9 4.9
КФДМ IO"6 20...22 5-10"8 1...2
ФД-24К IO"5 26...28 1,6-10* 78
ФТГ-3 - 25 - 3
ФТ-1К 8-Ю5 25 2,5-Ю1 2...3
ми имеется разность температур, т.е. контактные разности потенциа-
B качестве материалов для металлических термоэлементов используют сурьмяно-висмутовые спаи, серебро, железо, теллур, константан, хромель и различные сплавы этих веществ, а для полупроводниковых — сурьму, кремний, теллур, селен. Данные об их термоэлектрических свойствах приведены в литературе [9, 22].
Обычно сопротивление термоэлемента очень мало (не выше десятков омов), что обуславливает необходимость применения трансформаторного входа в качестве согласующего звена между ПИ и усилителем, а это усложняет конструкцию прибора. К недостаткам термоэлементов следует также отнести их большую инерционность (постоянная времени составляет десятки и сотни миллисекунд).
Принцип работы болометра основан на изменении электрического сопротивления полупроводника или металла при нагреве чувствительной площадки под действием падающего на него потока излучения. Относительное изменение сопротивления болометра при из-
лов на каждом спае различны.
Рис. 6.5. Принципиальная схема включения термоэлемента
158 Глава 6. Приемник излучения как звено оптико-электронного прибора
менении его температуры на ДТ в случае, если Дйб « R6, можно представить уравнением
Щ>/R6 = P^T.
Температурный коэффициент сопротивления (TKC) ?T для большинства металлов в широком диапазоне температур обратно пропорционален температуре, т.е. ?T= 1 /Т, а для большинства полупроводников ?T=-3000/T2. Важно отметить различные знаки изменения сопротивления полупроводниковых и металлических болометров.
Простейшая схема включения болометра аналогична схеме включения фоторезистора. Болометр обычно включают по мостовой схеме (рис. 6.6), которая питается постоянным или переменным током. Влияние окружающей температуры может вызвать нежелательный разбаланс моста, поэтому в качестве уравновешивающего элемента схемы часто применяют также болометр, называемый компенсационным. При изменении внешних условий оба болометра в одинаковой степени изменяют свое сопротивление, в результате чего равновесие моста сохраняется. Поток от излучателя попадает рис. 6.6. Принципиальная только на один болометр, что вызывает схема включения болометра разбаланс моста.
Основными шумами для термоэлементов и болометров являются фоновый и тепловой.
Конструкция ряда болометров описана в литературе [9, 22, 24]. В табл. 6.4 приведены параметры типовых приемников этого класса.
В пироэлектрических ПИ при малейших изменениях температуры приемника — сегнетоэлектрика с постоянной электрической поляризацией, эта поляризация заметно изменяется, что ведет к изменению разности потенциалов на выходах приемника. В отличие от болометров пироэлектрические ПИ являются емкостными, а не рези-сторными, т.е. их полное сопротивление уменьшается с ростом частоты модуляции падающего на них излучения. Поэтому они позволяют получить очень широкую и равномерную частотную характеристику.
