Пиротехникалық фотоқабылдағыштар

Пиротехникалық фотоқабылдағыштармен жұмыс температурасының өзгерісі кезіндегі пироактивті кристалдың поляризациясының өзгерісімен жабылатын кристалдың пироэлектрлік эффектісінде негізделген. Кристалл поляризациясы – бұл бір шегінде оң заряд туатын, ал бір шегінде теріс заряд туатын зарядтардың кеңістіктік бөлінісі. Поляризация тұрақты температура кезіндегі сыртқы электр өрісінсіз пайда болады. Алайда тұрақты температура кезінде беткі зарядтар кристаллдың беттік және көлемдік өткізгіштігімен компенсацияланады.

Сондықтан пироэлектрлік эффект кристаллдың температурасының өзгерісі кезінде ғана туындайды. Бұл эффект модулденген немесе импульсті сәулеленуді қабылдау кезінде байқалады.

Пироактивті кристаллдың температурасының өзгерісі кезіндегі пироэлектрлік токты мына формула арқылы анықтауға болады:

мұндағы Р_с - тосын поляризация коэффициенті; Т – температура; γ – пироэлектрлік коэффициент.

Егер сәулеленген кристаллды сыртқы жүктеме кедергісіне қосса және оны генератор тогы деп есептесек, онда пирокристаллдың интегралды сезгіштігін анықтауға болады:

мұндағы А_ф – фотосезгіш элементтің қабылдау аймағының ауданы; α – жұтылу коэффициенті; R_э – жүктеменің эквивалентті кедергісі; С₀ – кристалл мен жүктеменің суммалы сыйымдылығы; ω – ағын модуляциясының айналмалы жиілігі; τ_т – уақыттың жылу тұрақтысы; τ_т = C/G(С кристаллдың жылу сыйымдылығының жылу шығынына қатынасы); τ_т = R_эС₀ – электрлік уақыт тұрақтысы.

Пироэлектрлік қабылдағыштардың негізгі параметрлеріне көзқарас γ пироэлектрлік коэффициентіне әкеп соғады. Пироэлектрлік коэффициент максималды мағынасын фазалық ауысудың температурасына жақын кристаллдың температурасы кезінде қабылдайды. Ішкі фотоэффектті қолданатын фотоқаылдағыштың көптеген түрлері таңдалған сезгіштікті иеленеді. Пироэффектті қолданатын жылу фооқабылдағыштары толқын ұзындығының барлық жұмыс диапазонында теңөлшемді сезгіштігімен ерекшеленеді. МГ30, МГ32 типті пирофотоқабылдағыштар 2...20 мкм диапазонында жұмыс істейді.

Сыйымдылықты элемент болатын сәулеленудің пироэлектрлік қабылдағыштары өте жоғары сыртқы кедергімен(10¹⁰...10¹¹ Ом) және төмен шығыс тогымен(10^-12...10^-13 А) сипатталады. Бұл олардың кіріс күшейткіш каскадымен келісімімен айтарлықтай қиындықтар туғызады. Пироэлектрлік қабылдағыштармен жұмыс істейтін күшейткіш құрылғылардың ккіріс тізбегіне мынадай спецификалық шарттар қатары болады: жоғары кіріс кедергісі, аз кіріс сыйымдылығы, төмен өзіндік шу деңгейі. Бұл шарттар өрістік транзисторды және олардың негізіндегі күшейткіштерді қанағаттандырады.

6.27 – сурет.

Пирофотоқабылдағышы бар құрылғы схемасы

6.27 – суретте күшейткіштің өрістік транзистор негізіндегі кіріс дифференциалды каскады бар интегралды операциялық күшейткішке қосылған пироэлектрлік элементі бар құрылғының принципиалды электрлік схемасы көрсетілген.

Мұндай құрылғының негізгі параметрлері жиіліктің бірлік жолағының кірісіне келтірілген шығыс сигнал кернеуі және шу кернеуі болып табылады.

Шығыс сигнал кернеуі былай анықталады:

мұндағы τ_п = R_нС_п; R_н – пироэлектрлік элементтің жүктеме кедергісі; С_п - пироэлектрлік элементтің өзіндік сыйымдылығы; τ_п - пироэлектрлік элементтің уақыт тұрақтысы; Ф - пироэлектрлік элементпен қабылдайтын ағын.

Жиіліктің бірлік жолағының кірісіне келтірілген шу кернеуі:

мұндағы І_а – кіріс өрістік транзистордың затвор кедергісі; Т – қоршаған орта температурасы; α – пироэлектрлік элементтің шығын бұрышы; К – Больцман тұрақтысы; ω –айналмалы жиілігі; е – электрон заряды; К_f – f жиілігі берілген кіріс күшейткіш транзистордың шу кернеуінің спектральді тығыздығы.

6.60 формулада бірінші мүше кіріс кедергінің жылу шуын құраушы, екіншісі – кіріс өрістік транзистордың бөлшек шуын құраушы, үшіншісі – пироэлектрлік элементтің шу құраушысы, төртіншісі – кіріске келтірілген күшейткіш шу құраушысы болып табылады.

6.4 – кестеде шалаөткізгішті фотоқабылдағыштардың іске асыру хроникасы көрсетілген.

6.4 - кесте