12.3. Определение частотных и временных характеристик фотоприёмных устройств

Для определения частотных характеристик ФЭПП и ФПУ применяют установки, структурные схемы которых представлены на рисунке 12.10, а, б.

Установка должна иметь селективный измерительный тракт, резонансная частота которого может перестраиваться в необходимом диапазоне частот. В установках, предназначенных только для определения частотной характеристики интегральной чувствительности, допускается применять широкополосный усилитель. Устанавливая частоту модуляции потока излучения и резонансную частоту измерительного тракта, соответствующими определёнными значениями внутри исследуемого диапазона, измеряют напряжение (ток) шума U_ш (I_ш) и напряжение (ток) фотосигнала U_с (I_с). Для определения частотной характеристики интегральной чувствительности на установке, выполненной по схеме рисунка 12.10, б перестраивается по частоте только модулятор.

Рисунок 12.10. Структурная схема установок для определения частотных характеристик ФЭПП и ФПУ при использовании метода последовательного (а) и параллельного (б) анализа.

 

Спектральная плотность шума для каждого значения частоты рассчитывается по формулам:

U_шf= U_шi/  (12.4.1)

I_шf= I_шi/  (12.4.2)

где U_шi и I_шi – напряжение или ток шума на i-ой частоте; Df_эффi – эффективная шумовая полоса пропускания для i-ой частоты.

Эффективная шумовая полоса пропускания измерительного тракта

 (5.4.3)

где К_i(f) – функция, определяющая зависимость коэффициента усиления по напряжению от частоты; К_imax – коэффициент усиления на резонансной частоте. По результатам расчётов строят спектр шумов ФЭПП или ФПУ.

Для получения частотной характеристики чувствительности S_U=j(f) или S_I=y(f) на каждой частоте вычисляют соответствующую чувствительность, относя величину фотосигнала к величине падающего на ФЭПП или ФПУ потока излучения.

Определение временных характеристик, то есть собственной постоянной времени, времени нарастания и времени спада, следует проводить на установке, структурная схема которой приведена на рисунке 12.11.

Рисунок 12.11. Структурная схема установки для определения временных характеристик

Источник излучения (модулятор) должен формировать трапецеидальные импульсы излучения.

Время нарастания (t_{0.1 – 0.9}) или время спада (t_{0.9 – 0.1}) импульса потока излучения в секундах должно удовлетворять условию

t_{0.1 – 0.9} 0.3t, t_{0.9 – 0.1}  0.3t, (5.4.4)

где t - минимальное значение собственной постоянной времени ФЭПП, с, указанное в ТУ на ФЭПП конкретного типа.

Примечание. При несоблюдении условия (12.4.4) расчёт времени нарастания и времени спада импульса потока излучения следует проводить по формулам:

 

где t_{0.1 – 0.9 изм}, t_{0.9 – 0.1 изм} – измеренное значение времени нарастания и времени спада переходной характеристики;

t_{0.1 – 0.9 пот}, t_{0.9 – 0.1 пот} – время нарастания и время спада импульса потока излучения.

Длительность импульса (t_имп) потока излучения должна соответствовать условию

t_имп5t (12.4.7)

Скважность импульсов потока излучения должна быть больше или равна 2. Максимальный уровень потока излучения должен лежать в диапазоне от 5Ф_п до 100Ф_п, где Ф_п – пороговый поток фотоприёмника. В качестве регистрирующего прибора обычно используется осциллограф с подходящими частотными характеристиками. Сопротивление нагрузки R_н при измерениях выбирают в соответствии с требованиями на фотоприёмник. При отсутствии специальных требований нагрузку нужно выбирать так, чтобы характеристики цепи практически не влияли на собственную постоянную времени фотоприёмника, иначе говоря,

R_н 0.05t_фр/С, (12.4.8)

где t_фр – длительность фронта импульса; С – ёмкость входа установки.

На ФЭПП (ФПУ) подают импульсный поток излучения и с помощью регистрирующего прибора регистрируют фотосигнал испытуемого ФЭПП (ФПУ). При помощи отметок времени или масштаба развёртки на экране осциллографа определяют собственную постоянную времени по уровню 0.63 от максимального значения, время нарастания и время спада по уровню 0.1 – 0.9 (0.9 – 0.1).

Погрешность определения времени нарастания и спада не должна выходить за пределы интервала ±15% с заданной вероятностью Р=0.912.