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_{ш i} / (12.4.1)

I_шf= I_{ш i} / (12.4.2)

где U_{ш i} и I_{ш i} – напряжение или ток шума на i -ой частоте; Df_{эфф i} – 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 _{i max} – 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_имп³5t (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_н0.05t_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.