Источники и приемники излучения - Ишанин Г.Г.
ISBN 5-7325-0164-9
Скачать (прямая ссылка):
Компенсировать AR(p можно изменением R3 (соотношения плеч) или R% (произведения плеч)
^Ф^?2 — RiRii
Яф - Уф/(/фф + 5/йФтах) yR(b + S/g®max/F* •
Приращение сопротивления
(4.15)
105
V<b
При малых Фтах^-^у-р— можно пренебречь единицей в знаменателе и тогда
и 13 г ____Р2
Д Ra
Ri ^/й®тах*ф
«1 Уф
т. е. при малых потоках измерительная шкала будет линейной— ARS = / (Фmax) при соответствующем одном значении потока излучения фона Фф, так как
п
Яф ~ 5/<гФф ’
что крайне неудобно. При уравновешивании моста сопротивлением R2 получим
RiRa RiRs
«Ф *Ф
= RiR3
. (#ф
¦A R)
Так как для малых потоков
*Ф^Ф
RxRs &Р.ф
(4.16)
ДЯф — S /^ФшахЯф/ Уф, то выражение (4.16) получим в виде
5/«Фшах
A^2=^3-V^- (4Л?)
у Ф
Из выражения (4.17) следует, что измерительная шкала AR2 — = / (Фшах) при малых потоках будет линейной и градуировка шкалы не будет зависеть от величины потока излучения фона, как в предыдущем случае, что очень выгодно.
Сделанные выводы справедливы при Slg const, что наблюдается у фотодиодов и фотоэлементов. У ФР из-за нелинейности энергетической характеристики S!g Ф const и градуировка шкалы для данной схемы (рис. 4.5, б) зависит от потока излучения фона. Значение фототока (или напряжение на RH) в диагонали моста при непосредственном его измерении после подачи излучения объекта
т _________________(Я1Я3-JW Упит_____________________ ,оч
ф R* (R1 + Яф) (*2 + *з) + *1*ф (А>2 + R3) + «2*3 [Rl + *ф) ’ 1 ’
Мост должен быть предварительно сбалансирован по излучению фона. При небольших изменениях сопротивления Яф и малых потоках излучения знаменатель выражения (4.18) можно считать приближенно постоянным с погрешностью менее 1%, тогда
/Ф = ? (RiRs - ад2),
где k — коэффициент пропорциональности, В/Ом®.
106
С учетом того, что Кф — Яф — А!?ф,
/ф = k [RtRз - Яф/?а + AR^) = Л/?* А/?ф.
Напряжение на /?н е учетом выражения (4.15) будет
л/ — г р - _____ ??н/г3#ф_______
^/<Я Кф/(5/гФтах/?ф) + 1
-1ЛИ ДЛЯ Фщи
VH -= й/?н^^|,5/гФшах/Уф. (4.19)
Из выражения (4.19) также следует, что градуировка шкалы зависит от потока излучения фона, а функция VB — / (Фт) при малых потоках излучения линейна.
I Чтобы устранить зависимость градуировки измерительной шкалы от потока излучения фона, включают в разные плечи моста одновременно два ФР (рис. 4.5, в, г). В этом случае возможно освещение одного ФР только фоном (он играет роль сопротивления, которое зависит от фона), а второго — излучением фона и объекта вместе. Если же оба ФР освещать одновременно излучением фона п объекта, то излучение объекта должно поступать на ФР в про-гивофазе, что дает двойное увеличение чувствительности схемы. При идентичности параметров и характеристик обоих ФР при изменении фона равновесие моста не нарушается и ток в диагонали viоста равен нулю. Разбалансировка моста, которую и измеряют, появляется только при наличии излучения объекта наблюдения.,.
При включении ФР по схеме, изображенной на рис. 4.5, г, в противоположные плечи моста чувствительность не увеличивается, и излучение объекта надо подавать на ФР в фазе.
Для компенсации действия потока фона на ФР применяют дифференциальную схему их включения (рис. 4.5, д) с неизменным питающим напряжением каждого контура. Дифференциальную схему используют как непосредственную, а также как схему сравнения. В дифференциальной схеме фототоки от фона от обоих ФР текут в противоположных направлениях и при идентичности контуров постоянный ток от фона в Rn будет равен нулю. Фототок в Ra возникает от излучения объекта, которое поступает на один ФР или на оба в противофазе.
В случае применения трансформаторной схемы включения ФР (рис. 4.5, е) получают определенный выигрыш в чувствительности по напряжению за счет того, что к ФР подводят почти все напряжение источника питания (за исключением небольшого падения напряжения на активном сопротивлении первичной обмотки). Сопротивление RH разобщено с цепью питания ФР, и его изменение пе сказывается на режиме работы ФР. Кроме того, постоянный фототок от фона не дает падения напряжения на Rn, а оно возникает при наличии модулированного излучения объекта.
Кроме рассмотренных выше схем, питаемых постоянным напряжением, применяют схемы питания на переменном или им-
107
д) I 1,5 1,0 0,5
0,2 0,6 1,0 ijcg
Световое пятно
1 и Г I
г) гсв rT RH
е)1
1,5
1,0
0,5
Z
0,2 0,6 1,0jj’c8
Рис. 4.6. Эквивалентная электрическая схема (в, г) и фототок (д, ё) фоторезистора в зависимости от формы и направления смещения светового
пятна (а, б):
пульсном напряжении. На рис. 4.5, ж приведена схема питания моста от сети переменного тока с удвоенной частотой. Она имеет емкостные сопротивления в плечах моста. Схема должна работать' таким образом, чтобы в выходном сигнале не было составляющей фона, изменяющейся с удвоенной частотой сети. Иногда мост питают переменным напряжением с частотой до тысяч герц, и сигнал усиливается на частоте питающего напряжения, а затем после детектирования— на частоте модуляции потока излучения объекта.
Схемы замещения ФР при частичном его освещении. При рассмотрении работы ФР мы исходили из того, что его фоточувстви-тельная площадка полностью освещалась потоком излучения и изменяла равномерно свою проводимость (сопротивление). Часто фоточувствительная площадка ФР освещается точечным или протяженным объектом частично, сохраняя значительное сопротивление неосвещенной части, что надо учитывать при согласовании ФР с электронной схемой регистрации и расчете постоянной времени схемной релаксации тр. Рассмотрим влияние затемненного и освещенного участков ФР на его проводимость. Для простоты возьмем ФР прямоугольной формы и границу его затемнения в виде прямой линии (рис. 4.6, а—г). При перемещении светового изображения (СИ) параллельно электродам ФР (по оси X) общее сопротивление его будет [4, 12 j:
