Пиротехнические фотоприемники
В основу работы пиротехнических фотоприемников (ПФП) положен пироэлектрический эффект кристаллов, сущность которого заключается в изменении поляризации пироактив - ного кристалла в процессе изменения температуры на его гранях. Поляризация кристалла — это пространственное разделение зарядов, при котором на одной из граней кристалла возникает положительный заряд, а на второй — отрицательный. Она происходит спонтанно при отсутствии внешнего электрического поля при постоянной температуре. Однако при постоянстве температуры поверхностные заряды компенсируются объемной и поверхностной проводимостями кристалла и не могут быть обнаружены.
Поэтому пироэлектрический эффект проявляется только при изменении температуры кристалла во времени. Этот эффект наблюдается при приеме модулированного или импульсного излучения.
. Пироэлектрический ток при изменении температуры пироактивного кристалла можно определить по формуле
ЙР АР 6Т АТ
/=^- = —^ — = 7—, (6.51)
АТ с1/ (1/
Где Рс — коэффициент спонтанной поляризации; Т — температура; у — пироэлектрический коэффициент.
Если облученный кристалл подключить к внешнему сопротивлению нагрузки и представить его как генератор тока, то можно вычислить интегральную чувствительность пирокристалла:
А со ау/?
^ “ С/?(1 + со2-сУ2(1 + со2тэУ2 ’ (6'52)
Где Аф — площадь приемной площадки фоточувствительного элемента; а — коэффициент поглощения; Я3 — эквивалентное сопротивление нагрузки; С„ — суммарная емкость кристалла и нагрузки (входной емкости усилителя); со — круговая частота модуляции потока; тт = СЮ — тепловая постоянная времени (отношение теплоемкости кристалла С к коэффициенту теплопотерь С); тэ = ЯэСа — электрическая постоянная времени.
Решающее влияние на основные параметры пироэлектрических приемников оказывает значение пироэлектрического коэффициента у. Максимальное значение пироэлектрический коэффициент принимает при температуре кристалла, близкой к температуре фазового перехода (так называют точки Кюри). Большинство типов фотоприемников, использующих внутренний фотоэффект, обладают избирательной чувствительностью. Тепловые же фотоприемники, использующие пироэффект, обладают практически равномерной чувствительностью во всем рабочем диапазоне длин волн. Пирофотоприемники типа МГ30, МГ32, разработанные НПП «Восток» (Новосибирск), работают в диапазоне (2...20) мкм.
Особенностью пироэлектрических приемников излучения является то, что они, будучи по существу емкостными элементами, имеют очень большое внутреннее сопротивление (10ш...10и Ом) и низкие выходные токи (1(Г|2...1(Г13 А). Это создает значительные трудности при согласовании их с входными каскадами усилителей. Ко входным цепям усилительных устройств, работающим совместно с пироэлектрическими приемниками, предъявляется ряд специфических требований: высокое входное сопротивление, малая входная емкость, низкий уровень собственных шумов.
Совокупности указанных требований удовлетворяют полевые транзисторы и усилители на их основе.
Принципиальная электрическая схема устройства, содержащего пироэлектрический элемент (ПФП), подключенный к интегральному операционному усилителю с входным дифференциальным каскадом усиления на основе полевых транзисторов (ДА), приведена на рис. 6.27.
Основные параметры такого устройства определяются следующим образом.
Напряжение выходного сигнала:
Ч2 "^2
(6.53) |
» + (<»ХЖУ
1 + (сотп)2
Где тп = Я„СП; /?„ — сопротивление нагрузки пироэлектрического элемента; С„ — собственная емкость пироэлектрического элемента; тп — постоянная времени пироэлектрического элемента; тос — постоянная времени цепи обратной связи усилителя; Ф— поток, воспринимаемый пироэлектрическим элементом.
|
|
|
|
|
|
|
|
> СП)Ч (соСп) шСп 7 / Где /3 — ток затвора входного полевого транзистора; Т — температура окружающей среды; а — угол потерь пироэлектрического элемента; — спектральная плотность напряжения шума входного транзистора усилителя на заданной частоте/ В приведенной формуле первый член представляет собой составляющую теплового шума входного сопротивления, второй — составляющую дробового шума входного полевого транзистора, третий — составляющую шума пироэлектрического элемента, четвертый — составляющую шума усилителя, приведенного ко входу. |
_+шм*+Кі |
4кТ |
2 еГ |
(6.54) |
|
|
|
|
|
6.5. Что называется фотодиодом с барьером Шоттки:
А) прибор, использующий слой с собственной проводимостью;
Б) прибор, использующий внутри структуры металлический слой;
В) прибор, использующий внутри структуры гетеропереход;
Г) прибор, использующий внутри структуры слой с малым сопротивлением?
6.6. Что называется гетерофотодиодом:
А) прибор, использующий контакт металл-полупроводник;
Б) прибор, использующий слой с высокой проводимостью;
В) прибор, использующий слой с низкой проводимостью;
Г) прибор, использующий полупроводниковые материалы с различной шириной запрещенной зоны?
6.7. Какие особенности имеют ЛФД фотоприемники:
А) используют фотодиффузионный режим;
Б) отличаются малым уровнем собственных шумов;
В) используют возможность усиления фототока;
Г) отличаются повышенным уровнем собственных шумов?
6.8. Что предусматривается в структуре фотоприемника для по - р,^. 2
Вышения чувствительности:
А) короткая поглощающая свет область;
Б) длинная поглощающая свет область;
В) узкая поглощающая свет область;
Г) оптические контакты с низким сопротивлением?
6.9. В какой области фотоносители перемещаются, используя механизм дрейфа:
А) в области оптических контактов;
Б) в области р-и-перехода;
В) в пассивной р-области;
Г) в пассивной «-области?
6.10. По какой формуле можно рассчитать токовую чувствительность к освещенности:
Ф - |
Б) Б, = ‘ЕУ |
|
||
|
||