Принцип построения и функционирования АЦП двойного интегрирования

Отличительной особенностью схемы с аналоговым вычислителем является автоматическая коррекция температурных изменений электродной системы (В = S₀ + α T) путем соответствующего изменения опорного напряжения, подаваемого на АЦП двойного двухтактного интегрирования.

Донная схема построения интегральной АЦП является одной из самых микрораспространненных, обеспечивающих высокую точность и помехоустойчивость. Принцип работы АЦП двойного интегрирования поясняется на рисунке.

Рисунок – Аналого-цифровой преобразователь с двухтактным интегрированием

 

АЦП начинает работу с установки счетчика в нулевое состояние с помощью схемы управления. Затем электронный ключ устанавливается в наложение «И». При этом к интегратору подсоединяется входное измеряемое напряжение U_вх (U’_вх > 0) и напряжение на выходе интегратора У1 U_вых.у1 начинает увеличиваться со скоростью, пропорциональной U_вх. В момент t₁ счетчик переполняется (обнуляется) и выходное напряжение интегратора будет равно

В момент t₁ ключ Э_к переключается на напряжение -U_оп источника опорного напряжения, а счетчик вновь считает импульсы задающего генератора. Интегрирующий конденсатор С начинает разряжаться с постоянной скоростью, пропорциональной величине – U_оп/RC. Когда конденсатор С интегратора разрядится до нуля, сработает компаратор У2 и остановит счет импульсов счетчиком. Оставшееся содержимое (цифровой код) счетчика при фиксированном t₁ представляет собой отношение U_вх/U_оп.

Действительно из условия равенства нуля напряжения на выходе интегратора в момент t₂ имеем

отсюда

Так как U_оп и время t₁ фиксированы, то цифровой код измеренного значения t₂ будет равно

То есть, цифровой код времени t₂ пропорционален входному измеряемому напряжению U_вх и содержит в качестве делителя значения опорного напряжения U_оп. Другими словами, ЦАП двойного интегрирования может выполняться функцией измерителя отношения U_вх/U_оп. Эта особенность и используется в аналоговых рН-метрах для реализации операции температурной коррекции показаний рН-метра в соответствии с уравнением. По данной схеме реализованы типовые микросхемы АЦП двойного интегрирования АЦП КР572ПВ2 и КР572ПВ5.

Компьютерный измеритель рН включает в себя:

– входной усилитель потенциометрических сигналов (с высоким входным сопротивлением);

– преобразователь температуры;

– задатчик постоянных коэффициентов;

– модуль АЦП/ЦАП преобразования и ввода информации в ЭВМ;

– персональный компьютер.

 

Тема 7 Типовые обобщенные структуры фотометров и основные требования, предъявляемые к звеньям этих структур.

 

Рассмотренные выше фотометрические методы исследования реализуются в разнообразных приборах и комплексных измерительных системах. Типовыми узлами этих приборов и систем являются:

1. Источник излучения;

2. Оптический тракт, включая и кюветную систему;

3. Фотоэлектрический преобразователь;

4. Устройство обработки сигналов;

5. Индикатор и регистраторы измеряемых фотометрических величин;

6. Вспомогательные устройства (модуляторы, устройства автоматизации смены биопроб, термостаты, мешалки и др.)

Обобщенная структурная схема фотометрической системы представлена на рисунке

Структура реального фотометра может отличаться от обобщенной схемы: могут отсутствовать некоторые блоки, а другие блоки представлять собой весьма сложные устройства.

Одной из характеристик сложной структуры фотометрических систем является количество потоков излучения (лучей), которые используются для оценки исследуемого оптического свойства объекта. Применяются однолучевые, двулучевые, трехлучевые и многолучевые схемы фотометров. Последние используются, например, при оценке окраски объектов.

Рис. Примеры типовых структур фотометра. ИИ-источник излучения; ОС, ОС1, ОС2, ОС3-оптическая система; Об-объект фотометрирования; ФЭП-фотоэлектрические преобразова-тели; Э-эталон; М-модулятор; Пр-призмы; УПО-устройство первичной обработки инфор-мации; УОИ-устройство отображения информации; Д-диафрагма.

При проектировании фотометрических систем необходимо выполнить ряд требований []:

1. поток излучения, поступающий на исследуемый объект, по своему спектральному составу, интенсивности, геометрии и другим параметрам должен соответствовать методике проведения фотометрического исследования4

2. спектральные характеристики элементов ОЭИП необходимо согласовать. При этом ФЭП должен иметь наибольшую спектральную чувствительность в диапазоне спектра регистрируемого потока, а другие элементы преобразователя – наибольший коэффициент преобразования этого диапазона;

3. фотоэлектрический преобразователь (ФЭП) должен быть согласован с входной цепью измерительной схемы, а источник излучения – с устройством формирующим сигнал управления интенсивностью излучения;

4. необходимо обеспечить согласование частотных характеристик ИИ, ФЭП, УПО;

5. интенсивность лучистого потока, падающего на ФЭП, должна удовлетворять заданному отношению сигнал/шум;

6. влияние фоновых лучистых потоков необходимо свести к минимуму.

Под согласованием в указанных выше требованиях понимается выбор таких значений параметров, которые бы обеспечивали максимальный отклик сигнала на выходе того или иного преобразователя. В двухлучевых структурах для определения выходного параметра используются два потока излучения (рис. б, в) ??? (компенсационный) и измерительный, содержащий информацию об оптических свойствах объекта, или потоки двух спектральных диапазонов после взаимодействия с объектом. Блок ФЭП может содержать два преобразователя либо один, на который потоки поступают последовательно во времени.

 

Основные энергетические и световые характеристики излучения.

 

Потоком излучения (мощностью излучения, лучистым потоком, потоком) Ф_Э, Ф(Вт) называется количество излучаемой, поглощаемой или переносимой в единицу времени энергии.

Ф_Э=dW_Э/dt — световой поток, где

W_Э – энергия излучения, Дж.

Поток излучения, сосредоточенный в малом диапазоне длин волн от λ до λ +Δ λ, называется спектральным (монохроматическим) потоком излучения dФ, Ф(λ ) или Ф(λ, λ +Δ λ ).

Спектральной плотностью потока φ _е(λ ) (Вт∙ мкм ^-1) определяется соотношением

φ _е(λ ) = dФ_е(λ )/dλ

Поток, оцененный по создаваемому им зрительному ощущению, называется световым потоком Ф(лм)

Энергетической силой излучения J_е (Вт∙ ср^-1) называется поток излучения, приходящийся на единицу телесного угла ω (ср)

J_е = dФ_е/dω.

Силой света J (кд, лм∙ ср^-1) называется световой поток, отнесенный к единице телесного угла

J = dФ/dω.

Соответственно спектральные плотности силы излучения и силы света обозначают через J_э(λ ) и J(λ ) из определения силы света следует, что полный поток в телесном угле ω ₀

Ф_{ω о}=∫ Jdω

В случае неравномерного распределения потока излучения J=J(ω ) вводят понятие средней по телесному углу энергетической силы света

Среднее значение силы света внутри телесного угла 4π называется среднесферической силой света

Поверхностной плотностью потока излучения – (энергетической светимостью) М_э (Вт∙ м ^-2) называется отношение потока излучения, испускаемого в полусферу элементом поверхности, к площади Δ S (м²) этого элемента

Светимостью (светлостью) М (лм∙ м ^-2) называют поверхностную плотность светового потока излучателя.

Энергетическую освещенность (облученность) Е_э (Вт∙ м ^-2) называют отношение потока излучения подающего на элемент поверхности, к площади этого элемента.

Освещенностью Е (лк, лм∙ м ^-2) называется отношение светового потока, падающего на элемент поверхности, к площади этого элемента.

Спектральные плотности энергетической светимости и энергетической освещенности (Вт∙ м ^-2∙ мкм ^-1) равны.

Энергетической яркостью в направлении В_э (Вт∙ ср^-1∙ м ^-2) называется отношение, измеренное в этом направлении энергетической силы света к видимой площади излучающей поверхности.

где α – угол между данным направлением и нормалью ??? к элементу излучающей поверхности.

Для диффузно излучающей поверхности величина В_э одинакова во всех направлениях и по закону Ламберта

Спектральная плотность энергетической яркости В_эλ (Вт∙ ср^-1∙ м^-2∙ мкм^-1)

Для светового потока яркость В (кд∙ м ^-2) определяется аналогично

Связь между энергетическими и световыми единицами устанавливается, исходя из следующих соображений.

Человеческий глаз не одинаково чувствителен к излучению различных длин волн. Если измерить лучистый поток Ф_λ в диапазоне длин волн λ ÷ (λ +Δ λ ) для какого-нибудь излучателя и световой поток F_λ воспринимается глазом в том же диапазоне спектра, то отношение светового потока dF_λ к величине лучистого потока dФ_λ определяется коэффициентом видимости υ _λ

Отношение коэффициента видимости для какой либо длины волны излучения к максимальному значению υ _λ называется коэффициентом относительной видимости

Кривую относительной видимости называют так же кривой спектральной чувствительности глаза. Для человеческого глаза λ _max=0, 555мкм; световой эквивалент лучистого потока составляет υ _{λ max} =683лм∙ Вт ^-1

Если выразить лучистый поток через спектральную плотность Ф_λ

то световой поток равен

Тогда с учетом выражения для К_λ получим

Энергетические и фотометрические (световые величины)

 

Наименование	Формула	Единицы измерения	Наименование	Формула	Единица измерения
Поток излучения		Вт=Дж/с	Световой поток		лм
Энергетическая сила света		Вт/ср	Сила света		кд
Энергетическая светимость		Вт/м2	Светимость		лм/м2
Энергетическая освещенность		Вт/м2	Освещенность		лк
Энергетическая яркость		Вт/ср∙ м2	Яркость		кд/м2
Энергетическая экспозиция		Дж/ м2	Световая экспозиция		лк∙ с

 

Примечание: ε – угол между нормалью к площадке dS и данным направле6нием; S₁ – площадь излучающей поверхности; S₂ – площадь облучаемой поверхности.

Основные энергетические соотношения при проектировании фотометрических анализаторов.

Для эффективного преобразования оптических сигналов в электрические в фотометрических приборах параметры оптической системы и свойства фотоприемников должны быть взаимно согласованы, то есть

· спектральный состав измерительного потока излучения должен соответствовать спектральным характеристикам объекта контроля и характеристикам спектральной чувствительности приемника;

· величина потока, падающего на приемник должна быть достаточна для нормальной работы электронных узлов прибора;

· спектральные свойства приемника – соответствовать спектру принимаемого излучения;

· скорость ??? потока и временные характеристики приемника – находиться в ??? соотношении.

Рассмотрим распространенный при применении оптико-электронных приборов случай, когда линейные размеры источника излучения и диаметр входного отверстия оптической системы фотометра значительно меньше расстояния между излучателем и оптической системой. На рис. изображено взаимное расположение излучателя, входного зрачка и приемника.

Обозначим энергетическую яркость излучателя В_э, его площадь S_изл и диаметр входного зрачка Д_вх.

Определим лучистый поток на поверхности приемника 2. Обозначим отношения

Площадь входного зрачка

Телесный угол, охватываемый входным зрачком

Энергетическая сила света-излучателя

Если обозначить коэффициент пропускания среды и входным отверстием равен τ _с то поток падающий на входной зрачок равен

Положим, что поток излучения Ф_э собирается оптической системой на поверхности приемника. С учетом потерь излучения в оптической системе, поток, достигающий поверхности приемника равен

где τ _с – коэффициент пропускания оптической системы, τ – результирующий коэффициент пропускания.

Выражение () является одним из видов записи основного энергетического уравнения. Оно связывает между собой параметры излучателя и оптической системы с величиной потока на поверхности приемника.

Если яркость В_э постоянна то полный паток излучателя в телесном углу 2π равен

Отношение потоков Ф’ и Ф₀ определяется соотношением

В осветительных системах приборов стремятся использовать поток излучателя наиболее полно. С этой целью источник излучения располагают настолько близко к оптическому компоненту (конденсору), насколько позволяют требования к качеству изображения излучателя и тепловой режим. Отношение потока, проникающего сквозь конденсор ко всему потоку излучателя называется коэффициентом полезного действия. При точечном излучателе К.П.Д. конденсора определяют по формуле

Для угла α =30^о К.П.Д. η составляет 0, 069. При источнике с плоским светящемся теле К.П.Д. конденсора примерно вдвое больше.

Более высокими значениями К.П.Д. обладает двухлинзовые, трехлинзовые и зеркально-линзовые конденсоры. Они позволяют увеличить угол α до 50-60^о

Некоторые светодиоды имеют остронаправленную диаграмму излучения. В этом случае К.П.Д. конденсора может достигать 80-90%, а при использовании лазера почти 100%.

Основное энергетическое уравнение часть используется для определения необходимого диаметра входного зрачка оптической системы. Для этой цели необходимо установить величину минимального потока на поверхности приемника , необходимую для нормальной работы электронной системы прибора. Так как справедливо отношение sin α ≈ Д_вх/2l, то получим

отсюда

Точечный излучатель характеризуют энергетической силой света J_э = В_э∙ S_изл.

Поэтому

Пример 1. Минимальное значение Ф_min на поверхности 10^-2лм. Коэффициент пропускания анализируемой среды и оптической системы – 0, 5. Яркость света источника 1 лк. Расстояние l = 10см

Для фотометрических приборов более реальным является определение параметров источника излучения при заданном диаметре входного зрачка Д_вх и заданном значении на поверхности приемника.

В случае протяженного излучателя, когда площадь его поверхности больше площади поля зрения прибора, и l››f’, где f’ фокусное расстояние объектива, изображение излучателя получится в плоскости, близкой и фокальной. Видимая площадь излучателя S_изл и площадь его изображения на поверхности приемника S’ относятся как квадраты линейных размеров d излучателя и его изображения d’. Поэтому

Подставляя выражение в () и значение sin² α из () в уравнение () получим

где Д_вх/ f’ – относительное отверстие объектива оптической системы.

Габаритная яркость В_э указывается в справочниках и каталогах источников света. Однако чаще всего в каталогах указывается значение полного светового потока Ф и размеры тела накала dS. В этом случае силу света J_э и яркость В_э для ламп с плоским светящимся телом приближенно находятся по формулам

Ток фотоприемника определяется соотношением

где S_I – интегральная чувствительность приемника по току.

Согласование элементов фотометрической системы по спектральным свойствам

Среди величин, входящих в выражение () для основного энергетического уравнения, особое место занимает интегральная чувствительность S_I. Общее правило согласования излучателя, спектральных характеристик поглощения (пропускания) среды, оптической системы (светофильтра) и фотоприемника сводится к тому, что спектральные характеристики излучателя, оптической системы и приемника должны быть близкими. Поскольку обычно спектральные характеристики основных элементов системы неодинаковы, необходимо сближать эти свойства одним из следующих способов:

1. производить расчет и непосредственный подбор элементов системы по заданному спектральному диапазону прибора;

2. выделять необходимый интервал длин из спектра излучения;

3. применять преобразования спектра излучателя.

Спектральные свойства излучателей и приемников устанавливаются опытным путем.

Основные характеристики приемника измеряются при интегральном облучении от эталонного источника. Поэтому соответствующее значение чувствительности, определяющее меру реакции приемника на сложный поток, называют интегральным. Приводимые в паспортах приемников значения интегральной чувствительности обычно определяются для следующих эталонных источников:

· для видимой области – источник типа А(2855, 6К0), В(4800К), С(6500К);

· для инфракрасной области – абсолютно черное тело с температурами 100 ^оС, 300 ^оС, 500К и 1273К.

Этих сведений, как правило оказывается недостаточно. Поэтому при проектировании оптико-электрнонных приборов часть пользуются, на ряду с энергетическими характеристиками излучения, так называемыми эффективными характеристиками (единицами), учитывающими спектральный состав излучения (рис.).

Поток, эффективно воспринимаемый приемником излучения равен

где Ф_э – энергетический поток, излучаемый источником во всем спектральном диапазоне; ξ – коэффициент использования потока, показывающий какая доля потока воспринимается приемником; Ф_эλ – спектральная плотность потока

Коэффициент ξ определяется из соотношения

где φ (λ ) = Ф_эλ /Ф_эmax – относительное спектральное распределение; Ф_эmax – максимальное значение спектральной плотности потока; k(λ ) – относительное спектральное распределение чувствительности приемника излучения.

k(λ ) = S(λ )/S_max,

где S(λ ) – спектральная дифференциальная чувствительность приемника; S_max – максимальное значение этой величины.

Габаритный расчет оптической системы фотометрических анализаторов

При определении основных энергетических соотношениях не учитывались расположения фотоприемника, его размеры и форма, а так же линейные размеры излучателя. Предполагалось, что весь поток, проникающий во входное отверстие оптической системы, собирается на чувствительной поверхности приемника. Для того, чтоб это условие соблюдалось, необходимо обеспечить определенные размеры элементов оптической системы и установить расстояния между ними. Оптические системы фотометров предназначены для формирования входного светового пучка определенных размеров и интенсивности, для облучения анализируемого вещества в кювете, восприятие потока, прошедшего кювету и подачу его на поверхность приемника. В зависимости от сложности оптической системы фотометры могут быть выполнены с одним или с двумя компонентами.

Оптическая система с одним компонентом – конденсором

Схема с одним оптическим компонентом (конденсором) используется в простых измерителяхпоглощения типа ЛМФ – 69, ФАН.

Объектив формирует параллельный или слегка сходящийся пучок, который просвечивает образец (кювету с раствором). Объектив формирует в пространстве изображение излучателя с размерами a′ × b′. Для полного использования потока необходимо выполнить условия а′ ≤ е; b′ ≤ h.

Требуемое линейное увеличение объектива равно

Подставляя а′ ≤ е получим расстояние до приемника

Расстояние ℓ может быть задано, исходя из назначения и применения прибора.

Фокусное расстояние объектива определяется соотношением

Диаметр входного зрачка определяется из выражения ()

При выбранном диаметре зрачка Д_вх телесный угол ω равен

При использовании схемы с одним компонентом источник излучения устанавливают в??? плоскости компонента (конденсора) на расстоянии f, если стремятся получить параллельный пучок света, либо на расстоянии, немного превышающем фокусное расстояние, если надо получить сходящийся пучок.

К оптическим системам предъявляют требования, которые невозможно обеспечить в схеме с одним компонентом. В таких случаях оптическую схему приходится усложнять.

 

Оптическая система с двумя компонентами.

 

В зависимости от назначения системы существует несколько вариантов схем с двумя компонентами. Один из вариантов схемы с двумя компонентами, предназначен для просвечивания объектов измеренияприведена на рисунке. Схема состоит из излучателя – 1; объектива – 2; кюветной системы – 3; коллектива – 4, воспринимающего световой поток, прошедший кювету и приемника – 5. Для получения параллельного пучка света источник располагается в фокальной плоскости объектива.

При расчете схемы обычно задаются: размером рабочей камеры d; диаметром просвечивающего пучка Д_св, минимальным потоком на поверхности фотоприемника , наименьший линейный размер поверхности фотоприемника ℓ, максимальная оптическая плотность Д или коэффициент пропускания τ.

Необходимо как правило подобрать лампу накаливания и определить размеры системы. Все необходимые расчетные соотношения проиллюстрируем на конкретном примере [].

Пример расчета. Для расчета фотометрического прибора заданы: d=50мм Д_св=25мм, =10^-5лм, ℓ =20мм, Д=4(τ =10^-4).

Исходя из заданных условий выбираем Д_свх=25мм. Установим ориентировочно фокусное расстояние f₁=40мм. Требуемую силу света определим из выражения

По каталогу выбираем лампу накаливания СУ – 75: сила света J=4кд, размер тела накаливания а´ b=1, 2 ´ 1, 2мм, диаметр колбы 33мм, потребляемая мощность – 4Вт.

Заметим, что размер колбы и небольшая мощность лампы позволяет располагать ее на выбранном ориентировочно расстоянии 40мм. При этом имеется возможность увеличить передний апертурный угол α, выбрав другое фокусное расстояние конденсора.

Расстояние между коллективом и фотоприемником определяется соотношением

Фокусное расстояние коллектива равно

Наиболее удаленная от оптической оси точка поверхности излучателя (точка В) создает параллельный пучок, направление оси которого составляет угол w с оптической осью. Ось пучка пересекает оптическую ось у поверхности приемника. Сечение всех пучков на поверхности фотоприемника сольются в одно светлое пятно, но при этом необходимо увеличить диаметр коллектива.

Угол w определяется соотношением

Диаметр коллектива

 

Общая длина системы

Расчет входных цепей фотометрических анализаторов

Выбор фотоприемника осуществляется из условия обеспечения требуемого отношения сигнала к шуму. Так, например, при измерении параметров объекта с погрешностью, менее 1% необходимо превышения сигнала над шумом примерно в 100 раз.

Отношение сигнала к шуму определяется отношением максимального (или действующего) напряжение сигнала к действующему (среднеквадратическому) напряжению шума.

Для характеристик приемника а так же всего фотометрического устройства используют понятие порог чувствительность.

Порогом чувствительности называется наименьший поток Ф_пор, который вызывает появление сигнала U_cmin, превышающего действующее напряжение шумов U_д.ш. в определенное число раз (r).

Необходимое минимальное напряжение сигнала

Сопоставляя формулу () и (), найдем значение порога чувствительности (Вт)

Величина порога чувствительности зависит от полосы частот пропускания прибора и геометрических размеров приемника излучения. Установлено, что порог чувствительности прямо-пропорционален корню квадратному из площади чувствительной поверхности приемника.

Для сопоставления свойств приемника имеющего различную площадь чувствительного слоя, а так же работающих в устройствах с различной полосой пропускания, порог чувствительности можно определить относительно эффективной полосы пропускания 1Гц и площади 1см²

Эту величину называют удельным пороговым потоком [Вт/(см× Гц)^1/2] иногда используют величину, обратную - удельную обнаружительную способность Д=1/ [(см× Гц)^1/2/Вт]. Для оценки шумовых свойств усилителей и других устройств используется коэффициент шума

Где Р_с/Р_ш – отношение мощности сигналов к мощности шума на входе (Р_с/Р_ш)_вх и на выходе (Р_с/Р_ш)_вых поскольку выходная мощность сигнала

К_м – коэффициент усиления мощности при данной полосе частот, а выходная мощности шумов

где Р_ш.соб – выходная мощность собственных шумов усилителя, то коэффициент шума

Отношение (Р_ш.соб)_вых/k рассматривается как величина собственных шумов усилителя, приведенная ко входу.

Величина (Р_ш)_вх мощность шумов на входе неизвестна и зависит от типа приемника и входной цепи его согласовании с усилителем. Принято считать, что (Р_ш)_вх является мощностью тепловых шумов внутреннего сопротивления источника сигнала.

Квадрат действующего напряжения источника входных шумов

Где Т – абсолютная температура, К; К = 1, 38× 10^-23Дж× К^-1 – постоянная Больцмана; R_U – внутреннее сопротивление источника сигнала.

Для температуры Т=300К выражение () примет вид

Поскольку (Р_ш)_вх= , то справедливо соотношение

Используя выражения (), (), () получим формулу для оценки действующего значения напряжения шумов усилителя.

Входные цепи и предварительные усилители

 

Приемник фотометрического прибора является источником электрического сигнала в электронном тракте прибора. Его можно представить в виде эквивалентного генератора с Э.Д.С. сигнала Е_с и Э.Д.С. шума Е_ш с внутренним сопротивлением R_U, погруженного на сопротивление нагрузки R_H (рис. ).

Рис. Схема подключения нагрузки RH к источнику сигнала а – с прямым соединением, б – с согласующим трансформатором

 

 

Наибольшая мощность сигнала, выделяющаяся в нагрузке

Будет получена при равенстве R_H = R_U.

Однако в реальных случаях в зависимости от типа приемника могут практически встречаться все три возможных соотношения между R_H и R_U: R_H≈ R_U, R_H < < R_U, R_H > > R_U.

При использовании приемников с малым внутренним сопротивлением R_U при переменном сигнале можно достичь нужного согласования путем применения трансформатора (рис., б). Входное сопротивление трансформатора (между точками а и б на рис., б) с учетом его коэффициента полезного действия η и коэффициента трансформации n

Кроме необходимого согласования во входной цепи так же обеспечивают определенную избирательность и, по возможности, повышение отношения сигнала к шуму. При слабых сигналах и больших внутренних сопротивлениях приемника чаще всего используется резистивно-емкостная входная цепь.

На рис. эта цепь представлена для постоянного или переменно изменяющегося тока (с частотой доли Гц) и для переменного тока (с частотой десятки Гц).

Для изучения действия входной цепи и определение параметров, характеризующих ее работу, целесообразно разделить приемники на три группы, которые существенно отличаются порядком величины R_U. К первой группе относятся фотоумножители и фотоэлементы с внешним фотоэффектом, ко второй – фоторезисторы и фотодиоды, к третей – низкоомные болометры и термоэлементы.

Фотоумножители и фотоэлементы

Внутреннее сопротивление фотоприемников первой группы настолько велико, что ток приемника практически не зависит от параметров входной цепи. Эти приемники представляют собой генераторы тока.

Напряжение на нагрузке приемника

где J_т – темновой ток, J_ф – полезный фототок.

Напряжение сигнала на нагрузке R_H

Чувствительность приемника по напряжению

зависит от сопротивления нагрузки.

Кроме повышения уровня сигнала, с увеличением R_H можно пренебречь влиянием тепловых шумов. С увеличением R_H необходимо так же обеспечивать большие значения R_р и R_вх. Сопротивление R_H рассчитывается по формуле

где U_нmin – минимальное значение регистрируемого напряжения, Ф_min – минимальный световой поток, облучающий приемник.

При слабых сигналах величина Ф_min определяется уровнем шумов. Фототок такого сигнала J_ф< < J_т, и для определения уровней шумов достаточно учесть темновой ток J_т и входной ток усилителя J_т.

Спектральная плотность квадрата действующего значения шумового тока равна

где е=1, 6× 10^-19Кл – заряд электрона, К_ФЭУ – коэффициент усиления ФЭУ, k'=2, 5 – добавочный множитель, зависящий от случайных колебаний тока, возникающих на диодах ФЭУ, Df – полоса частот, для которой определяется значение J_f.

Задаваясь значением отношения сигнала к помехе r, пороговая величина потока излучения определяется из соотношения

Эффективная полоса пропускания входной цепи должна соответствовать спектру сигнала

Сопротивление R_р выбирается большим или равным сопротивлению входной цепи R а емкость С_р определяется из выражения

где f_Н – наименьшая частота пропускаемого входной цепью спектра сигнала, R_H = R_р ÷ ç R_вх – сопротивление, равное сопротивлению параллельного соединения R_р и R_вх.

⇐ Предыдущая123456

Поделиться:

Популярное:

1. I. Специфика отношений “принципал – агент” применительно к государству.
2. XXIII. ПСИХИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ И ВЫСШИЙ ПРИНЦИП ЭВОЛЮЦИИ
3. АБТЦ-2003. СТРУКТУРА, ХАРАКТЕРИСТИКИ, ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ.
4. Алгоритмы построения графиков на экране
5. Алкмеон. Принцип нервизма. Нейропсихизм. Принцип подобия
6. Антропный космологический принцип
7. Антропологический принцип философии Л.Фейербаха.
8. Ассортимент и принципы сочетания соусов с разными блюдами
9. Аудиторская выборка: основные принципы и порядок построения
10. АЦП последовательного приближения (с поразрядным уравновешиванием)
11. Б11.5 Цели, принципы и методы в оценки машин и оборудования. Области применения и ограничения методов оценки машин и оборудования
12. Басня, новелла, трагедия. Теория басни Лессинга и Потебни. Прозаическая и поэтическая басня. Элементы построения басни: аллегория, употребление зверей, мораль, рассказ, поэтический стиль и приемы.