Рис.

О 1 2 3 4-5 jkxjh

28-17. Спектральная чувствительность ПИ.

Графически интеграл представляет собой площадь S, заключенную между кривой РяФьи оськ> абсцисс (рис. 28-18). Если известна величина лучистого потока Р, падающего на приемник, то приведенный поток равен:

As Р

Отношение

= РТ).

J Рх<Рх<& X,

§pKd%

(28-13)

называется коэффициентом использования излучений или спектральным к. п. д. приемника излучений.

Приведенные величины широко применяются при различных расчетах и измерениях. Так, например, система световых величин и единиц их измерения строится на основе приведения энергетических величин к такому ПИ, как глаз человека. Световым (видимым) потоком* называется поток F, оцениваемый по его воздействию на глаз:

0.76

F= j РхК<&, (28-14)

0,38

* Измеряется световой поток в люменах (лм). Один люмен равен 1/683 светового ватта, т. е. ватта излучения на длине волны максимальной чувствительности глаза. В соответствии с международным стандартом эталонной световой единицей является свеча - единица силы света, значение которой принимается таким, чтобы яркость полного излучателя прн температуре затвердевания платины была равна 60 св на 1 см2- .

где % - кривая спектральной чувствительности глаза, которую иногда называют кривой видности (рис. 28-19). Интегральная чувствительность (сигнальная чувствительность). Интегральной чувствительностью ПИ ф называют величину, определяющую отношение его выходного сигнала (тока i и э. д. с. е) к немонохроматическому лучистому потоку Р определенного спектрального состава, падающему иа приемник:

Ф ----- - [сигнал/вт]; ф = -- [а/вт];

[в/вт].

Если полагать, что спектральное распределение потока и спектральная чувствительность - функции непрерывные, то

или после преобразований

Ф = Ктт1- (28-15)

Знание интегральной чувствительности позволяет вычислить выходной сигнал ПИ, если известен поток на входе ПИ- G= =фР. При этом интегральная чувствительность должна быть определена именно по отношению к данному потоку Р. Однако на

Рис. 28-18. Графическое определение приведенного потока.

Ц*2 ОМ 0.50 ДО ДО W ОМ мкл

Рис. 28-19. Кривая спектральной чувствительности глаза.

практике ф измеряют для одного-двух эталонных источников и поэтому вычисление интегральной чувствительности по отношению к заданному источнику производят расчетным путем.

Приведенная выше зависимость позволяет вычислить <р для источника Б, если известна ф по отношению к источнику А:

Ч?Б = Фа

(28-16)

Пересчет усложняется, если интегральная чувствительность ф [в/лм] дана по отношению к световому потоку источника А

Рис. 28-20. Определение приведенных потоков источников А и Б, если поток А дан в люменах, а поток Б - в ваттах.

и требуется пересчитать интегральную чувствительность по отношению к источнику Б. Покажем, как выполняется такой пересчет. На рис. 28-20, а представлены в относительных единицах спектральная кривая излуче ний источника А 1 н кривые спектральной чувствительности глаза 2 и заданного ПИ 3. Перемножим ординаты кривых I и 2. Полученная новая кривая 4 ограничивает площадь Si, пропорциональную световому потоку источника А. Перемножим ординаты кривых / и 3. Полученная новая кривая 5 ограничивает площадь S2, пропорциональную потоку источника А, приведенному к заданному ПИ. Если на приемник прн его градуировке действовал поток в 1 лм от источника А, то это значит, что на ПИ действовал приведенный поток РА, в приведенных ваттах (пр. ет):

гА s, -1 1 f pfqya

Sx 683 683 jpa

Тогда интегральная чувствительность на один приведенный ватт:

Ф1 =

[е/пр.вт]

Теперь остается найти, сколько приведенных ватт содержится в 1 ет излучения источника Б. На рис. 28-20, б представлены спектральная кривая излучения источника Б и кривая спектральной чувствительности ПИ. Если на ПИ действует 1 ет источника Б, то это значит, что на ПИ действует приведенный поток в РБ , пр. вт:

S3 . J Рх Фя

PD=-

[пр. em]

Определим сигнал на выходе ПИ, если на него действует 1 ет источника Б. т. е. получим искомую интегральную чувствительность

ф[в/ет(ист. Б)] = ф, РБ = 683J рА kKd%l pjdX

(28-17)

Если на ПИ действовал световой поток источника Б, а известна интегральная чувствительность ПИ по отношению к 1 лм источника А, то, выполняя указанные выше преобразования, получаем следующее выражение для интегральной чувствительности:

ц>[в/лм (ист. Б)] = ф [в/лм (ист. А)] х

(28-18)

Необходимо отметить, что интегральная чувствительность ПИ зависит от величины потока, при котором производилось ее определение, так как в большинстве случаев у приемников наблюдается нелинейная зависимость между выходным сигналом и облучающим потоком. Указанная зависимость называется световой характеристикой ПИ.

Если световая характеристика нелинейна, то под интегральной чувствительностью понимают отношение прирашения выходного сигнала ПИ к приращению лучистого потока

AG АР

Если световая характеристика нелинейна, то при изменении лучистого потока, падающего на приемник, ф будет переменной величиной.

Инерционность ПИ. Так как процессы преобразования лучистого потока в электрический сигнал обладают определенной длительностью, то все ПИ в той или иной степени инерционны. Наименьшую инерционность имеют фотоэлектрические ПИ, а наибольшую - тепловые ПИ.

Инерционность ПИ оценивается постоянной времени х, т. е. временем, в течение которого сигнал, нарастая по экспоненциальной переходной характеристике фп(г), достигает 0,67 от своего максимального значения. По переходной характеристике можно также определить импульсную чувствительность ПИ фи (г).

Фи(0 = %г*. (28-19)

Для определения сигнала на выходе ПИ при его облучении переменным лучистым потоком P(t) удобно пользоваться таким понятием, как частотная характеристика ПИ

Приведенные выше характеристики инерционности ПИ связаны между собой следующим образом:

Фп (t) = J Фи (т) dx;

Vtf)= J Фие-Й.

Шумы приемников излучения. Различают следующие виды шумов: тепловой шум; дробовой шум.

Рис. 28-21. Частотные характеристики ПИ.

о - ПИ находятся при комнатной температуре: 1- PbS, фр; 2- PbSe, фр; 3- InSb, . фр; 4 - InSb; фэм; 5 - InAs; фр; 6-InAs; фгэ; 7 -InAs; фэм; 8 -Te2S; фр; 9-полупроводниковый болометр; 10 - термоэЛе- с мент; 11 - оптико-акустический индикатор; g 12 - CdS, фр; 13 - CdSe, фр; 14-Se-SeO, s фгэ; 15 - Go : As, фгэ; 16 - фотоумиожи- г* тель; 17 - фотодиод из Si; б - ПИ имеют § температуру 77° К: 1 - PbS, фр; 2 - PbSe, а фр; 3- РЬТе, фр; 4 - Ge, фр; 5 -Ge: Au, Sb, фр; 6 - InSb, фр; 7 - InSb, фг; 8 - Те, фр; ФР - фоторезистор; ФЭМ- фотоэлектромагиитный эффект; ФГЭ - фотогальванический элемент.

1/3 ю*

Частота модуляции потока f, гц

WtpQf). Частотная характеристика ПИ показывает, как изменяется амплитуда и фаза гармонического сигнала на выходе ПИ в зависимости от частоты гармоник лучистого потока Р(г), поступивших на вход ПИ.

Удобство применения частотной характеристики связано с тем обстоятельством, что ИК-сигнал P(t), изменяющийся во времени (имеется в виду изменение во времени огибающей сигнала), может быть представлен своим временным спектром - преобразованием Фурье от функции сигнала

ФвС/7)= J РУ)е->2л*1<и,

где Фв (Я) - спектральная плотность временного спектра; / - частота модуляции лучистого потока.

Знание частотной характеристики ПИ (рис. 28-21) позволяет определить спектр электрического сигнала на выходе ПИ

Генерапионно - рекомбинацией п ы й шум (Г-Р шум). Этот шум обусловлен случайным характером генерации электронов, вызванной тепловым возбуждением кристаллической решетки полупроводника, а также случайным характером рекомбинации этих электронов, т. е. флуктуацией их времени жизни. Спектр Г-Р шумов белый в широком диапазоне частот, который определяется природой и чистотой полупроводника. Уменьшение спектральной плотности шума начинается на частотах I, сравнимых с величиной, обратной времени жизни носителей.

Для полупроводника, находящегося в термическом равновесии, спектральная плотность Г-Р шума равна:

Ujr с, =--. (28-20)

<г-Р)ш /у[1+ (231/4)2] к

где х - время жизни носителей; N - общее