Схемы включения фоторезисторов, выбор нагрузки, максимальная вольтовая чувствительность

Схемы включения ФР разнообразны, но можно выделить основные: схему деления напряжения (рис. 2.5а), мостовую (рис. 2.5б–г), дифференциальную (рис. 2.5д), трансформаторную (рис. 2.5е) и импульсную (рис. 2.5ж). Схема деления напряжения, в которой ФР — одно из плеч делителя напряжения, используется для непосредственного отсчета сигнала (рис. 2.5а). Определим значение сопротивления нагрузки в этой схеме при максимальной вольтовой чувствительности ФР S_Umax и заполнении потоком излучения всей фоточувствительной площадки ФР. При отсутствии освещения R_ф = R_т и темновой ток I_т = U_п/(R_т + R_н), где U_п — напряжение питания.

5. Рис. 2.5

Схемы включения ФР

Схемы замещения фр при частичном его освещении

Ранее работа ФР рассматривалась при условии, что его фоточувствительная площадка полностью освещалась потоком излучения, и проводимость (сопротивление) ее изменялась равномерно. Зачастую фоточувствительная площадка ФР освещается точечным или протяженным объектом не полностью, и сопротивление неосвещенной части сохраняется значительным. Это необходимо учитывать при согласовании ФР с электронной схемой регистрации и расчете постоянной времени схемной релаксации _RC. Рассмотрим влияние затемненного и освещенного участков ФР на его проводимость. Для простоты возьмем ФР прямоугольной формы с границей его затемнения в виде прямой линии (рис. 2.6а, б) [10].

6. Рис. 2.6

Эквивалентная электрическая схема (в, г) и фототок (д, е) фоторезистора в зависимости от формы и направления смещения светового пятна (а, б):

кривая 1 — R_н = R_св; кривая 2 — R_н = 2R_св.

Коррекция частотной характеристики фр (пои)

Коррекция частотной характеристики ФР (ПОИ) возможна, если использовать в усилителе специальную цепь коррекции частотной характеристики [71]. На рис. 2.7а дана схема цепи для коррекции частотной характеристики ФР.

7. Рис. 2.7

Схема корректирующей цепи частотной характеристики ФР (а), частотные зависимости его чувствительности при t = 10^–3 и q = 3 (б) и схема согласования высокоомного ФР с усилителем (в);

1 — относительные значения чувствительности ФР; 2 — коэффициент передачи корректирующей цепи; 3 — результирующая зависимость; f_в.пр — верхняя граничная частота приемника.

Постоянную времени верхнего плеча корректирующей цепи частотной характеристики CR₁ делают равной _пр. На рис. 2.7б приведены относительная частотная характеристика ФР (кривая 1) и зависимость коэффициента передачи k_д цепи коррекции (кривая 2). Предположим, что коэффициент передачи усилителя K = 1, тогда относительная частотная характеристика системы «усилитель–приемник» будет представлена кривой 3.

Из рис. 2.7б видно, что относительная частотная характеристика системы «усилитель–приемник» имеет спад до уровня 0,707 при частоте f_в.к > f_в.пр. Можно доказать, что верхняя граничная частота устройства:

f_в.к = f_в.пр(R₁ + R₂)/R₂ = qf_в.пр,

а постоянная времени:  = _пр/q.

Расширение полосы пропускания в q раз приводит к уменьшению коэффициента передачи во столько же раз, что можно легко скомпенсировать дополнительным усилением в q раз.

Следует иметь в виду, что введение корректирующей цепочки увеличивает уровень шума системы из-за расширения полосы пропускания тракта, потому ее целесообразно ставить в выходных каскадах усилителя.

На рис. 2.7в дана схема согласования высокоомного ФР с малым входным сопротивлением усилителя с помощью эмиттерного повторителя [76]. Сопротивление нагрузки ФР выбирают в зависимости от назначения схемы по различным критериям оптимальности: максимальной мощности сигнала, максимальной вольтовой (токовой) чувствительности (R_н = R_т), максимуму отношения сигнал/шум, отсутствию частотных искажений [R_нC_вх  1/(2f_max)].