Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
Для малых значений х (малых рассогласований), U « plx/(n<ad), т.е. инверсионную характеристику можно считать линейной (рис. 6.7).
Крутизна характеристики может превышать 100 B Bt1MM1, линейная зона инверсионной характеристики составляет несколько миллиметров. Важно отметить, что, используя две пары взаимно перпендикулярных базовых контактов, можно создать двухмерный приемник, с помощью которого определяют две координаты излучателя. При включении нагрузки между базовыми контактами фотодиода знак выходного сигнала указывает, вправо или влево от оси симметрии сместилось изображение излучателя. Подавая напряжение смещения на базовые контакты, можно изменять положение нулевой точки инверсионной характеристики, что выгодно применять в ряде быстродействующих ОЭП.
Основным фактором, ограничивающим сегодня широкое использование инверсионных ПИ, является зависимость их параметров от освещенности чувствительной площадки, а также заметный дрейф нуля, что исключает их применение в особо точных ОЭП, предназначенных для измерения линейных и угловых величин и работающих при изменяющихся освещенностях входного зрачка. Один из наиболее важных параметров инверсионного приемника — крутизна его характеристики — может меняться в зависимости от целого ряда причин: от конфигурации изображения излучателя на слое, амплитуды сигнала и уровня фона.
Рис. 6.7. Типичная инверсионная характеристика
162 Глава 6. Приемник излучения как звено оптико-электронного прибора
Фотопотенциометры. Схема фотопотенциометра представлена на рис. 6.8. На резистивном слое 1 создается падение напряжения от внешнего источника U0. Резистив-0ый слой является одним из контактов фотопроводящего слоя 2. Второй контакт 3 является омическим и служит коллектором. Фотопотенциометр освещается световым зондом 4 в виде полоски.
В месте засветки образуется проводящий мостик, сопротивление которого на несколько порядков меньше сопротивления неосвещенных участков. Поэтому ток в нагрузке Ryi определяется потенциалом рези-стивного слоя на уровне светового зонда. Следовательно, величина Ubux является функцией координаты центра зонда, выполняющего здесь ту же роль, что и движок в обычном потенциометре. Выходное напряжение Ubux отличается от разности потенциалов на уровне зонда на величину, равную падению напряжения на освещенном участке фотопроводящего слоя, которая много меньше Uvax.
Утечкой тока через необлучаемые участки фотослоя можно пренебречь, если удельное продольное сопротивление значительно меньше удельного (приведенного к единице длины) темнового поперечного сопротивления фотослоя, а поперечное сопротивление освещенного фотослоя во много раз меньше его темнового сопротивления.
Фотопотенциометры имеют чувствительность до 1 ВДмм Вт), их разрешающая способность достигает нескольких микрометров на длине 10...70 мм, отклонения от линейности могут быть уменьшены до 1...5%. За счет профилирования чувствительного слоя удается преобразовывать перемещение светового зонда в электрический сигнал заданного функционального вида.
Основным недостатком фотопотенциометров является низкое быстродействие, оцениваемое постоянными времени в несколько миллисекунд.
Координатные фотоприемники с радиальным электрическим полем (рис. 6.9). На полупроводниковой пластине на расстояниях не более 21 (I — диффузионная длина) установлены две пары контактов 1 и 2 для съема сигнала смещения изображения объекта по двум взаимно перпендикулярным направлениям. На этой же стороне пластины нанесен кольцевой электрод 3, к которому подводится синусоидальное напряжение относительно точечного модулирующего электрода 4, рас- Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
положенного на противоположной стороне пластины. Это переменное напряжение создает радиальное электрическое поле для носителей, генерируемых на поверхности пластины, и осуществляет модуляцию выходного сигнала. Вследствие незначительной толщины пластины можно пренебречь вертикальной составляющей модулирующего поля и считать, что оно распространяется по поверхности приемника.
Пусть изображение какого-либо объекта проецируется в центр пластины в виде пятна конечных размеров. В этом случае на диффундирующие в пластину носители тока действует переменное электрическое поле, которое будет изменять закон их распределения, смещая последние к контактам 1 и 2. При этом происходит периодическое изменение потенциала на электродах с частотой изменения радиального электрического поля, создаваемого источником переменного напряжения 5. Пока объект находится в центре пластины, потенциалы на соответствующих электродах 1 и 2 изменяются одинаково и выходные сигналы U = U = 0. При смещении объекта от центра нарушается симметрия распределения носителей, и на электродах 1 и 2 будут новые потенциалы, разность которых пропорциональна смещению, а фаза сигнала укажет направление смещения.
При модулирующем напряжении порядка 1 В чувствительность таких ПИ составляет 0,5...1 ВДмм-мВт); постоянная времени IO 5 с; уровень шума — порядка IO 7 В, что позволяет обеспечить высокую разрешающую способность (менее 0,1 мкм), правда, для небольших размеров чувствительного слоя (до 1,2...1,4 мм). Для устранения зависимости координатной характеристики от значения потока, образующего изображение, по дополнительному сигналу, снимаемому, например, с контактов 1 и 4 (рис. 6.9), т. е. образующемуся в результате поперечного фотоэффекта, осуществляется управление амплитудой тянущего поля. Этот дополнительный сигнал поступает в цепь управления источником тока, подключенным к центральному электроду 4.
