Часть II

ПРИЕМНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ

Глава 3

КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИЕМНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ, ИХ ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ

§3 .1 . Классификация приемников излучения

Элемент или устройство, предназначенное для приема и преобразования энергии оптического излучения в какие-либо

ник оптического излучения» будем употреблять термин «приемник излучения» (ПИ). ПИ, преобразующие невидимое рентгеновское, ультрафиолетовое или инфракрасное изображение в видимое, называют п р е о б р а з о в а т е л я м и . В данном учебном пособии рассматриваются физические ПИ, которые являются важ­ нейшими элементами оптико-электронных приборов и осущест­ вляют связь между его оптической и электрической частями, пред­

фотоэлектрические (на внутреннем и внешнем фотоэффекте); фотохимические и прочие, не вошедшие в первые три группы. ПИ третьей группы в пособии не рассматриваются по причине того, что они используются в основном в оптических приборах. Т е п ­ л о в ы е ПИ основаны на преобразовании оптического излучения сначала в тепловую энергию, а потом в электрическую и отличаются друг от друга физическими принципами работы. ПИ, основанные на изменении сопротивления чувствительного элемента под дей­ ствием тепла, возникающего при падении потока оптического излучения, получили название болометров, а ПИ, использующие термоэлектрический эффект, называются термоэлементами. Боло­ метры и термоэлементы по типам отличаются друг от друга мате­ риалом чувствительного элемента, условиями охлаждения, кон­ струкцией приемного элемента, газовым наполнением, изотермичностью и т. д. В настоящее время наряду с металлическими и полу­ проводниковыми болометрами существуют диэлектрические, осно­ ванные на температурной зависимости импеданса сегнетоэлектриков, использующие зависимость диэлектрической постоянной вещества от температуры.

Кроме того, в последние годы появились анизотропные термо­ элементы с большой приемной площадкой, выполненной из плас­ тинки термоэлектрически анизотропного монокристалла, и экстру-

зированные термоэлементы малого сечения конструкции Шварца, у которых ветви термоэлемента изготавливаются из твердых растворов.

Калориметрами называют тепловые ПИ с достаточно массив­ ным, конструктивно развитым приемным элементом, в котором поглощенная часть падающей энергии оптического излучения преобразуется в тепло, а затем часть тепловой энергии, пропор­ циональная входной оптической величине, в чувствительном эле­ менте калориметра преобразуется в сигнал измерительной инфор­ мации (чаще электрический). Чувствительные элементы калори­ метров с электрической входной величиной делятся на термоэлек­ трические, термометры сопротивления и емкостные с диэлектри­ ком на основе пироэлектрического вещества. Калориметры можно классифицировать по динамике изменения температуры, по виду чувствительного элемента, по виду поглощения, по длительности воздействия измеряемого оптического излучения, по способу охлаждения и по конструкции.

В последние годы широко стали применять пироэлектрические ПИ, основанные на пироэлектрическом эффекте, который заклю­ чается в том, что при изменении температуры пироэлектрического кристалла изменяется его поляризация. Пироприемники можно также классифицировать по материалу, из которого изготавли­ вают чувствительный элемент, по виду охлаждения, конструкции и т. д., однако такая классификация получается слишком громозд­ кой, поэтому их целесообразно классифицировать по назначению.

К специальным видам тепловых ПИ можно отнести оптико­ акустические ПИ, основанные на расширении объема газа под действием падающего излучения, дилатометрические ПИ, тепловые преобразователи изображения и ПИ на основе термоупругого эффекта в кристаллическом кварце.

Оптико-акустические ПИ делятся на два вида: селективные, в которых поглощает сам газ, а его расширение фиксируется опти­ ческим или емкостным микрофоном, и неселективные, в которых излучение поглощает зачерненная мембрана, нагревающая сопри­ касающийся с ней газ, воздействующий на оптический микрофон. Оптико-акустические приемники классифицируют по вышеназван­ ным видам и по типу оптических микрофонов, осуществляющих преобразование: давление газа — электрический сигнал.

По принципам работы к оптико-акустическим ПИ близки дилатометрические ПИ, использующие тепловое расширение твердых тел под действием поглощенной части падающего потока излучения. Приемным элементом дилатометрических ПИ служит биметаллическая пластинка.

Тепловые преобразователи изображения можно классифициро­ вать по их видам и по тем физическим процессам, которые зало­ жены в их основу.

В качестве приемного элемента в ПИ на основе термоупругого эффекта в кристаллическом кварце служит задемпфированная

(приклеенная на теплопроводящий элемент) пластинка кристалли­ ческого кварца Х-среза с токопроводящими электродами, один из которых обращен к демпферу, а на другой наносится поглощаю­ щее покрытие, определяющее диапазон спектральной чувствитель­ ности приемника. Такие приемники можно классифицировать по их назначению, виду охлаждения, конструктивным особеннос­

В фотоэлектрических ПИ падающие на ПИ фотоны оптического излучения прямо взаимодействуют с его кристаллической решет­ кой, в результате чего освобождаются носители тока. Если осво­ божденные носители тока остаются в полупроводнике, то наблю­ дается в н у т р е н н и й ф о т о э ф ф е к т , который в фото­ резисторах проявляется в увеличении их электропроводности (фотопроводимости). Если внутренний фотоэффект возникает в системах, состоящих из двух различных контактирующих веществ (металла и полупроводника, двух полупроводников) при освеще­ нии приконтактной области, то возникает фото-э. д. с. Это явление называют вентильным фотоэффектом, а ПИ, основанные на этом явлении, называют вентильными фотоэлементами, или фотоэле­ ментами с запирающим слоем. Если в качестве контактирующих веществ в вентильном фотоэлементе применить полупроводники с п- и р-проводимостью, то такой ПИ называют фотодиодом. Фото­ диоды с односторонней проводимостью р— п-перехода могут рабо­ тать в фотогальваническом режиме, когда при освещении появ­ ляется фото-э. д. с., и в фотодиодном режиме с приложенным об­ ратным напряжением, когда при освещении меняется значение обратного тока.

ПИ, подобные фотодиодам, но представляющие собой системы с р — п— р-переходами и обладающие свойством внутреннего усиле­ ния фототока, называют фототранзисторами.

Развертывающие ПИ на основе полоски полупроводника р — п— p-типа, позволяющие получить на сопротивлении нагрузки временное распределение тока, соответствующее распределению освещенности на ней, получили наименование сканисторов. ПИ на р — п— р — ^-структурах, переходящие при освещении из закры­ того состояния в открытое в прямом направлении, называют

фототиристорами.

В последние годы появились матричные приемники, получив­ шие название приборов с зарядовой связью (ПЗС). Они представляют собой периодическую структуру из емкостных элементов на основе металл—диэлектрик— полупроводник (МДП) с последовательным переносом зарядов.

Если носители тока (фотоэлектроны), возникающие в веществе при его освещении, эмиттируются в вакуум или газ, образуя ток во внешней цепи, то наблюдается в н е ш н и й ф о т о э ф ф е к т .

Простейшими ПИ на основе внешнего фотоэффекта являются

вакуумные и ионные (газонаполненные) фотоэлементы (ФЭ) (ва­ куумные диоды) и фотоумножители (ФЭУ). Классифицировать ФЭ и ФЭУ можно по их назначению, по спектральной чувствитель­ ности, по газовому наполнению, по типу диодных систем и виду фокусировки электронных пучков у ФЭУ, по конструкции и по другим признакам.

КПИ на внешнем фотоэффекте относят также электронно-опти­ ческие преобразователи (ЭОП), которые можно классифицировать по виду фокусировки электронных пучков, по числу камер, где происходит усиление электронных потоков, по назначению (усили­ тели яркости или преобразователи излучения), по виду работ или исследований, проводимых с ЭОП, по конструктивному оформлению и т. д.

Кф о т о х и м и ч е с к и м ПИ относятся различные фоточувствительные фотографические материалы, применяемые в ОП

иОЭП.

Кгруппе «п р о ч и х» ПИ можно отнести пондеромоторные ПИ, основанные на давлении света.

§ 3.2. Параметры и характеристики приемников излучения

Для оценки технических свойств и эффективности использова­ ния ПИ применяют систему параметров и характеристик.

П а р а м е т р — это величина, характеризующая определен­ ное свойство ПИ, служащая критерием оценки его качества при работе в определенных условиях. Параметр можно измерить экспериментально или вычислить по данным измерений других

вающую изменение какого-либо параметра ПИ при изменении внеш­ них факторов. Характеристику можно выразить формулой, гра­

ток шума /ш; напряжение шума 1/ш; пороговый поток в заданной полосе Ф п; пороговый поток в единичной полосе Ф п1; удельный пороговый поток Фп; обнаружительная способность D; удельная обнаружительная способность!)*; радиационный пороговый поток

стоянная времени т; граничная частота модуляции /гр; темновое

сопротивление приемника 7?т; динамическое сопротивление фото­

спектральной характеристики Хтах; коротковолновая граница спектральной чувствительности Я/; длинноволновая граница спек­ тральной чувствительности V .

V. Э к с п л у а т а ц и о н н ы е п а р а м е т р ы ПИ, к кото­ рым, в частности, относят рабочее напряжение фотоприемника Vp; максимально допустимую рассеиваемую электрическую мощ­

амперная характеристика / (У); вольтовая характеристика чувстви­

м е т р о в П И о т в е л и ч и н п о т о к а и з л у ч е н и я : люкс-омическая характеристика R (Е ); энергетическая характе­

Ф (/); частотная характеристика удельной обнаружительной спо­ собности D * (/); частотная характеристика спектральной плот­ ности тока шума /ш (/); частотная характеристика спектральной

к количественной характеристике этого излучения в заданных эксплуатационных условиях. В зависимости от того, в какой сис­ теме фотометрических величин характеризуют падающее излучение, различают чувствительности к потоку излучения Sф, е, к световому потоку S ф,у> к облученности SE,e или освещенности Se, v- По спектральному составу регистрируемого ПИ излучения разли­ чают интегральную SHHт и монохроматическую S% чувствитель­

ности. Различают также статическую чувствительность, опреде­ ляемую отношением постоянных значений измеряемых на выходе и входе ПИ величин, и дифференциальную — отношением малых приращений этих величин. Иногда используют понятие удельной чувствительности ПИ, которая представляет собой чувствитель­ ность, отнесенную к одному вольту питающего напряжения.

При экспериментальном определении чувствительности ПИ оговаривают частоту и форму модуляции потока излучения и форму выходного сигнала, так как от них зависит чувствительность.

Интегральной чувствительностью ПИ называют его чувстви­ тельность к немонохроматическому (сложному) потоку излучения заданного спектрального состава. Например, для ПИ с внешним фотоэффектом

5ИНТ = А//ДФeV, А/Вт, А/лм;

существенным образом на результаты измерений. Shht — величина паспортная и относится к определенному источнику, для другого (не паспортного) источника ее надо пересчитывать. В качестве источников, по которым определяется 5 ИНт» рекомендуются:

светоизмерительная лампа накаливания при цветовой темпера­ туре Тцв = 2856=Ь10 К (источник типа А) для ПИ, чувствительных в видимой области спектра;

полный излучатель (черное тело) с температурой полости 1273dh 15 К для ПИ, чувствительных к ИК-области спектра.

На практике чаще применяют интегральную токовую 5 HHTJ . А/Вт, А/лм, А/лк, А-м2/Вт, или интегральную вольтовую SHHT В/Вт, В/лм, В м 2/Вт, В/лк, чувствительности, характеризующие чувствительность ПИ не вообще, а применительно к реальной схеме его включения. Индекс «инт» можно опускать. Интегральная токовая (вольтовая) чувствительности могут сниматься при немодулированном потоке излучения, при этом

Для модулированного или импульсного потока излучения частоту, форму и глубину модуляции при измерении параметров и определении характеристик выбирают в соответствии с требова­ ниями стандартов и ТУ на ПИ конкретных типов. Если этих тре­ бований нет, то применяют электромеханические модуляторы с вращающимися дисками и 100%-йглубиной модуляции с частотой 800±20 Гц. Форма модуляции должна приближаться к синусои­ дальной (р = 0,353).

Технические условия на фоторезисторы устанавливают частоты модуляции 400 и 500 Гц, инерционные тепловые ПИ паспортизуют при частотах модуляции в несколько герц, малоинерционные фотоэмиссионные ПИ в диапазоне 800— 1000 гц. В паспорте на ПИ оговаривают температуру и тип источника, частоту модуляции потока излучения и полосу пропускания усилительного тракта,

ккоторой отнесен данный параметр. Часто эти факторы приводят

втаблицах параметров как подстрочный индекс или в скобках

ного падающим на ПИ импульсным излучением, к амплитудному значению потока излучения при заданной его форме.

Пороговые и шумовые параметры приемников излучения. По­ мимо полезного регулярного сигнала в выходной цепи ПИ наблю­ дается хаотический сигнал со случайной амплитудой и частотой — ш у м ПИ. На фоне шума становятся неразличимыми малые полез­ ные сигналы, т. е. шум ограничивает возможности ПИ. Причины возникновения тока шума (напряжения шума) ПИ могут быть внешними и внутренними — это воздействие тепла, тока ПИ, фотонный характер излучения и т. д. Так как шумы (флуктуации) являются процессами случайными, их описывают такими характе­ ристиками, как математическое ожидание (средний уровень шума), среднее квадратическое значение или дисперсия. Распределение шума по спектру определяется спектральной плотностью шума — дисперсией, приходящейся на единицу полосы частот.

Протекая по нагрузочному сопротивлению /?„, ток дробового шума создает напряжение шума

Удр. ш = 2eIoRlAf.

Дисперсию тока дробового шума в полосе Д/ для ФЭУ вычис­ ляют по формуле

ЛР.ш= 2е/кМ21+ В) А/,

где /к — суммарный ток с фотокатода, А; М — коэффициент усиления ФЭУ; {1 + В) — коэффициент, учитывающий дробовый

Дисперсия тока дробового шума в полосе Д/ у лавинных фото­ диодов на основе собственных полупроводников

Т„. ш = 2е10М3 Af,

где М — коэффициент умножения тока лавинного фотодиода. Для примесных лавинных р+ — /г-диодов (весь ток переносят

дырки)

Г№. ш = 2е1оМ3Д/ [1 + ( - ^ - ) ( т 1 1 ) 2] •

Для примесных лавинных п* — р-диодов (весь ток переносят

Генерационно-рекомбинационный шум наблюдается у полупро­ водниковых ПИ и вызывается случайным характером генерации носителей тока, а также случайным характером рекомбинации этих носителей, т. е. флуктуацией числа и времени их жизни. Такой шум зависит от концентрации и времени жизни носителей

иповышается при увеличении напряжения питания УПитДисперсия напряжения генерационно-рекомбинационного шу­

ма для фоторезисторов на основе собственной проводимости в полосе Д/ имеет вид [57 ]

где R T и R B — темновое сопротивление фоторезистора и сопротив­ ление нагрузки, Ом; тн — время жизни носителей, с; п — кон­ центрация носителей, 1/см3; V — объем фотослоя, см3; f — частота модуляции потока излучения, Гц.

Шум мерцания (фликкер-эффект) возникает у фотоэлементов из-за непостоянства чувствительности фотокатода во времени, он

проявляется на низких частотах (J < 100 Гц) и может превышать дробовый шум на порядок

где В — постоянная, зависящая от фотокатода; А — площадь фотокатода; /м — частота модуляции потока излучения.

Токовый шум (избыточный, 1//м-шум) объединяет несколько видов шума, которые отдельно рассчитать трудно. Он зависит от состояния поверхности и технологии изготовления фоточувствительного слоя, от качества контактов и токов утечки. Дисперсию напряжения токового шума на сопротивлении нагрузки R B опре­ деляют по формуле

ков может превышать другие виды шумов на порядок и более, с уве­ личением частоты свыше 1000 Гц он резко падает.

При расчете общего шума ПИ считают, что шумы некоррелированы, поэтому дисперсия суммарного напряжения шумов будет равна

Так как с минимальными пороговыми потоками ПИ работают при отсутствии посторонних засветок, то обычно измеряют темновой ток и темновое напряжение, которые определяют уровень минимальных, регистрируемых данным ПИ сигналов. Измерения проводят в условиях полного затемнения на аппаратуре, аналогич­ ной той, которую применяют для измерения SHHTПо результатам измерения вычисляют среднее арифметическое / т. ср и Ут. ср из п измерений, определяют максимальное отклонение темнового тока /т шах (V T max) от среднего значения и определяют нестабиль­ ность темнового тока 8/т (6УТ) по аналогии с обработкой результа­ тов при измерении SHHT-Требования к измерительной аппаратуре те же. При измерениях / т.ш и VT, m сначала измеряют уровень собственных шумов установки Vml (/шi), не подавая на ПИ на­ пряжение питания. Затем подают питание Vn и измеряют сум­ марный шум Уш2 (/m2)- Если шумы ПИ близки к шумам уста-

новкиУш2 < ЗКШ1, то расчет ведут по формуле Vm = ]/"V^2 — Vhi.

Если Vm2 > ЗУШ1, то его значение и принимается за напряжение шума фотоприемника. Ток шума /ш = Vm/RH.

П о р о г о в ы м п о т о к о м Ф п ПИ в заданной полосе называют среднее квадратическое значение действующего на ПИ синусоидально модулированного потока излучения источника

сигнала с заданным спектральным распределением, при котором среднее квадратическое значение напряжения (тока) фотосигнала равно среднему квадратическому значению напряжения (тока)

Для фотоэмиссионных ПИ типа ФЭУ или фотоэлементов (ФЭ) Ф п ГОСТ 20526— 82 называет световой поток или поток излуче­ ния, который, падая на фотокатод, создает на выходе ФЭУ или ФЭ сигнал, равный среднему квадратическому значению напряже­ ния шумов темнового анодного тока, измеренного в определенной полосе частот (эквивалентом шума темнового анодного тока ФЭУ или ФЭ). Оба эти названия применяются в литературе при рас­ смотрении параметров различных ПИ.

Для сравнения пороговых потоков ПИ, снятых аппаратурой с различной полосой пропускания и имеющих разные по размерам приемные площадки, вводят понятие порогового потока в единич­ ной полосе и удельного порогового потока.

Пороговым потоком П И в единичной полосе частот Ф щ назы­ вают среднее квадратическое значение действующего на ПИ си­ нусоидально модулированного потока излучения источника сиг­ нала с заданным спектральным распределением, при котором среднее квадратическое значение напряжения (тока) фотосигнала равно среднему квадратическому значению напряжения (тока) шума в единичной полосе частот (Вт/Гц1/2)

фщ = Ф п/К а /.

Удельным пороговым потоком Ф£ называют пороговый поток ПИ в единичной полосе частот, отнесенный к единичному по пло­ щади фоточувствительному элементу [Вт/(см* Гц1/2) 1

ф ; = Ф J Y дfA.

Иногда пороговую чувствительность ПИ характеризуют поро­ говой освещенностью или облученностью Е П> Е п\, Еп.

В качестве п о л о с ы п р о п у с к а н и я А/ берут чаще всего А/эфф — эффективную шумовую полосу пропускания изме­ рительного тракта (Гц):

где K (f) — функция, определяющая зависимость коэффициента усиления по напряжению от частоты; /Сшах — коэффициент усиле­ ния на резонансной частоте.

Величину Z), обратную пороговому потоку ПИ в заданной

Чтобы учитывать влияние фоновых засветок на пороговый поток

(единичной) полосе частот, шумы которого обусловлены флукту­ ациями теплового излучения фона заданной температуры.

Пороговые параметры относятся к определенному источнику, по которому их снимают. Для источника с другим спектральным

Ф ^ , D%y Dt.

Паспортные значения порогового потока и обнаружительной

вал времени после прекращения воздействия излучения, по исте­ чении которого спадающее по экспоненте напряжение фотосигнала уменьшается в е раз; тн — время после начала воздействия излу­ чения, по истечении которого нарастающее по экспоненте напря­ жение фотосигнала достигает доли 1 — 1/е = 0,63 от своего мак­ симального значения. Разброс тсп и тн для однотипных ПИ не превышает 5— 10%. У некоторых ПИ (например, у фоторезисто­ ров) тсп Ф тн, так как процесс рекомбинации носителей у них зависит от квадрата их концентрации (или какого-либо другого закона). У фоторезисторов в первом приближении т определяется временем жизни носителей; у фотодиодов — временем пролета носителей от места их образования до р — n-перехода, где они ре­ комбинируют; у ФЭ и ФЭУ — временем пролета носителей от фотокатода до анода с учетом их неизохронности (не одновремен­ ный прилет на анод, что дает затяжку); у тепловых приемников — временем тепловых процессов.

Постоянную времени по фронту нарастания и спада сигнала определяют на установке, все измерительные устройства которой должны удовлетворять требованиям стандарта. В установке мо­

дулятор и фотозатвор должны формировать трапецеидальные им­ пульсы излучения с фронтом нарастания или спада импульса тфр < 0,2т, где т — минимальное значение собственной постоян­ ной времени ПИ, взятое из стандартов или технических условий на ПИ. Длительность импульса потока излучения тимп должна быть больше или равна 5т при скважности 2.

Уровень потока излучения

синусоидально модулированного потока излучения, при которой чувствительность ПИ падает до значения 0,707 от чувствительности

= dV/dl при заданной облученности; емкость С. Сопротивление и емкость ПИ являются важными параметрами, так как они опре­ деляют постоянную времени трел схемой релаксации электрической цепи ПИ (трел = CR), которая может быть больше постоянной времени самого ПИ. От сопротивления ПИ зависит уровень его шумов и схема его согласования с усилителем. Сопротивление ПИ зависит от формы приемной фоточувствительной площадки, от наличия фона и охлаждения.

Темновое сопротивление можно вычислить, зная темновой ток /т и напряжение питания V:

наибольшую длины волны монохроматического излучения, при

аттестованного ПИ излучения в максимуме показаний исследуе­ мого ПИ.

Если ПИ имеет нелинейную энергетическую характеристику фототока, то относительную спектральную характеристику чув­ ствительности определяют следующим образом: устанавливая по­ следовательно требуемые длины волн, с помощью регулировки режима источника или специального устройства в монохроматоре добиваются неизменного сигнала на выходе исследуемого ПИ, затем это же спектральное распределение измеряют в относитель­ ных единицах аттестованным неселективным ПИ. Значение S (А,) вычисляют по формуле

S (Ь) =

где тхт1а — минимальное показание прибора в цепи аттестован­ ного приемника.

На основании полученных результатов строят график S (Я.) = = f (к), по которому можно определить монохроматическую воль­ товую 5 у), или токовую Sjx чувствительности исследуемого ПИ на длине волны X по формуле

S VK = S (Я,) SvxmiX,

где Syx — вольтовая (токовая) чувствительность исследуемого

ПИ в максимуме чувствительности. Ее можно измерить заранее или рассчитать по формуле связи интегральной и спектральной чувствительностей

dV\= S a6c v (X) с1Фе = S a6c v (^) Ф<ж(^) d!k = SvhmaxS (к) Ф еь(X,) dX.

Чтобы получить сигнал от всего потока, необходимо проинте­ грировать полученное выражение

Э ф ф е к т и в н ы м п о т о к о м и з л у ч е н и я Ф Эфф для данного ПИ источника называют поток, который при чув­ ствительности ПИ, постоянной по всему спектру и равной максимальному значению Sn,max, вызвал бы такой же сигнал, какой

вызывает весь падающий реальный поток при реальной спект­

ф= ооf Фл(Ь)<И..

О

| ФеХ(Х)с1Х

Отношение интегралов в полученном выражении показывает, какую долю в сложном потоке, падающем на ПИ, составляет эф­ фективный поток Ф Эфф для данного ПИ и источника. Это отно­

выражения (3.1) при известных Sv, S (X) и Ф ея, (^) можно опреде­

Спектральный КПД ПИ — очень важный параметр, и его можно найти в таблицах или определить графоаналитически, построив

спектральной плотности потока излучения постоянна и равна

зависимость электрического тока ПИ от напряжения питания, приложенного к нему при фиксированном потоке излучения. Она определяет электрические свойства ПИ, его схему включения и выбор рабочего интервала.

Вольтовые характеристики выражают зависимость от напря­ жения питания чувствительности S (V) (при постоянном потоке излучения), среднего квадратического значения тока шума /ш (V),

Характеристики зависимости параметров приемников излу­ чения от мощности излучения. К ним относятся люкс-омическая характеристика фоторезисторов — зависимость светового сопро­ тивления фоторезистора от освещенности R (Ev)t энергетическая характеристика фототока ПИ — зависимость фототока от потока излучения, падающего на ПИ, /ф (Фе), энергетическая характери­ стика напряжения фотосигнала ПИ — зависимость напряжения

потока /а (Фу) и т. д. По этим характеристикам можно определять интегральную вольтовую и токовую чувствительности, так как они являются крутизной зависимостей Ус = / (Фе) и /ф = / (Фе). У большинства ПИ их чувствительность с увеличением потока излучения падает, поэтому при расчетах надо вводить поправки на ее падение при заданном спектральном составе излучения по энергетическим характеристикам.

Фоновые характеристики приемников излучения. Фоновые ха­ рактеристики — это зависимости, определяющие изменение со­

Эти зависимости также надо учитывать при расчете. Необходимо принимать меры к уменьшению фоновых засветок — устанавли­ вать фильтры, пропускающие только рабочий спектральный ин­ тервал излучения.

Частотные характеристики приемников излучения. Ч а с т о т ­ н о й х а р а к т е р и с т и к о й ПИ называют зависимость какого-либо из его параметров (чаще чувствительности или об­ наружительной способности) от частоты модуляции потока излу­ чения (J). Она определяет, как и постоянная времени, динамиче­ ские свойства ПИ и связана с постоянной времени ПИ т, так как последняя определяет допустимую (граничную) частоту модуляции /гР потока излучения, когда сигнал падает в задан­ ное число раз за счет инерционности ПИ. Вид частотной харак­ теристики зависит от формы модуляции, например, динами­ ческие свойства приемника, имеющего экспоненциальную за­ висимость изменения выходного сигнала во времени, при синусои­

дальной форме модуляции потока излучения описываются следую­ щим выражением:

гдеФ0 — амплитуда потока излучения, Вт; / — частота модуляции потока излучения, Гц; ср — сдвиг фазы гармонической составляю­ щей выходного тока относительно фазы потока излучения; S7 — токовая чувствительность ПИ, А/Вт; т — постоянная времени ПИ,

с; } — — 1; о = 2я / — угловая частота изменения потока, Гц. Сомножитель в скобках характеризует изменение амплитуды выходного сигнала в зависимости от частоты модуляции потока излучения /. При / = 0 амплитуда имеет максимальное значение

h = Фо^/о» Sio = /0/Фо-

Отсюда относительное изменение токовой чувствительности ПИ в зависимости от частоты модуляции потока излучения /

Slf/Sl0= l / V l + (2nfTy.

Если считать допустимой частотой модуляции потока излуче­ ния такую /гр, когда SIf за счет инерционных свойств приемника уменьшается в два раза, то можно найти соотношение между т

Для этих же условий падения S If для прямоугольной формы модуляции потока излучения т/гр 1,1/я ^ 0,32.

Общим условием выбора граничной частоты модуляции в за­ висимости от постоянной времени приемника будет /гр ^ 0,3/т.

Однако на практике существуют и используются различные требования на допустимое падение чувствительности из-за моду­ ляции. Так, встречаются требования [98]

Зависимость сдвига фазы гармонической составляющей выход­ ного тока (напряжения) относительно соответствующей ей гармо­ нической составляющей потока излучения от частоты называется ф а з о в о й х а р а к т е р и с т и к о й . Фазовая характери­ стика в выражении для выходного сигнала при гармоническом