Рис. 7.1. Схемы подключения приемников излучения к э.тектронному

тракту:

U - фоторвчисюра; б -фотодиода я диодном рожпие; s - фотодиода в вснтить-ном режиме н фотоэлемента; г, i7-пироэлектрического боло.метра; t - no.ivnpo-подннкового I] плсночрого болот Г[)(1ь; ж - фoтoтpaнJиcтopa со свободным коллектором; 3 - фототра1иистора со свободным эмиттером; и - фототраизистора со свободно!; («-плавающей») базой; /с - фототранзистора с общим элгпттером; л - фотоприемного устройства

тивленнсм нагрузки. Напряжение смещения подается на цепочку приемник - сопротивление нагрузки, выходной сигнал снимается с сопротивления нагрузки. Сопротивление нагрузки, как правило, выбирают равным темновому сопротивлению приемника излучения. Пироэлектрические приемники и-л\чения и полупроводниковые болометры включаются в цепь с сопротивлением нагрузки порядка 50. . . 200 МОм. При использовании и измерительных устройствах фоторезисторы п болометры могут включаться в мостовую схему н схемы с при.менением согласующих трансформаторов.

Рис. 7.2. Входные устройства электронных трактов, применяемых для усиления сигналов приемников излучения: а. б - Hd ifCTOKOBO.M нсБторнтеле для пироэлектрических болометров; е - с использованием согласующего трансформатора для полупроводниковых и пленочных болометров; г - на полевом транзисторе для фоторезисторов; д, е - на операционном усилителе для фотодиода, работаюи(его в вентильном и диодном режимах

Фотодиоды используются в двух принципиально различных режимах" работы - фотодиодном и вентильном. При включении диода в фотодиодном режиме обязательными элементами схемы, кроме самого фотодиода, являются сопротивление нагрузки и источник питания. При работе в вентильном режима источник питания не используется. Также включаются и селеновые фотоэлементы.

Фототранзисторы, как правило, включаются в цепь как фотодиоды (режим с «плавающей базой»), при этом они обладают большей чувствительностью, чем фотодиод. Германиевые фототранзнсгоры, которые выпускаются с выведенной базой, могут включаться в цепь, как обычные транзисторы: базовый вывод подключается к схеме.

Следует помнить, что правильный выбор схемы включения, способ подачи напряжения смещения, сопротивление нагрузки и напряжение смещения определяют основные с})отоэлектрические параметры приборов в составе аппаратуры. С повышением сопротивления нагрузки и напряжения смещения вольтовая чувствительность приемников и уровень собственных шумов приемника возрастают, прь этом шум, как правило, растет быстрее. В технических усло-вияу. и паспортах па приемники излучения приводятся оптимальные значения сопротивлений нагрузки и напряжений смещения, при которых обеспечиваются наилучшие параметры приборок.

При подключении приемников нзлучения к электрической цепи необходимо соблюдать полярность питающих напряжений, указанную на приборе и в сопроводительной документации. Несоблюдение этого условия может привести к выходу приборов из строя. У некоторых типов фоторезисторов также указывается полярность подводимого напряжения. Хотя фоторезистор является униполярным прибором, но при соблюдении указанной полярности достигается наилучший порог чувствительности. При обратной полярности подводимого напряжения порог чувствтельностн будет хуже вследствие так называемого явления разношумиости или разиополярностн.

Параметры охлаждаемых фотодиодов, работающих в вентильно.м режиме, наиболее сильно зависят от напряжения смещения на р-п переходе, в том числе и возникающем от воздействия фоновых засветок. Наилучшие параметры охлаждаемых фотодиодов реализуются при напряжениях на р-п переходе порядка ±2 мВ, для чего требуется включение фотодиода в специальную электронную схему с операционным усилителем, обеспечивающую авюмати-ческое поддерлчииие на р-п переходе нулевого потенциала. Требуется поддер-;чаиис заданного смещения и фиксированной температуры р-п перехода и при использовании лав1Н1пых фотодиодов.

Превышение напряжения смещения на фоточувствительном э.юменте над уровнем, допускаемым техническими условиями, приводит к выделению на чувствительном элементе большой рассеиваемой мощности, нагреву элемента, увеличсни.ю темнового тг1ка и необратимым ухудшения-м фотоэлектрических параметров фотодиодов.

При включении приемника излучения в электронную схему необходимо учитывать, что для реализации их фотоэлектрических параметров уровень собственных шумов входного каскада электронного тракта аппаратуры должен быть ниже уровня шумов приемника в 3 ... 5 раз, а входное сопроти.зление входного каскада должно быть в 5-10 ра выше темнового сопротивления приемника.

при выборе полосы пропускания электронного тракта аппаратуры н частоты модуляции излучения необходимо учитывать зависимость напряжения сигнала н шума приемника излучения от частоты, в том чис,1е и наличие составляюп1ей шума l/f.

При использовании охлаждаемых фотоэлектрических приемников излучения необходимо помнить, что темновое (динамическое) сопротивление у неохлажденного фоточувсгвительного элемента значительно ниже, чем у охлажденного. Поэтому категоричести запрещается подавать на фоточувствнтельньш элемент рабочее напряжение до заливки хладагента или выхода на рсжп.м тер.моэлект-рического охладителя. В противном случае фоточувствительный элемент может выйти из строя вследствие его электрического пробоя. На неохла,«денный фоточувствительный элемент .можно кратковременно подавать рабочее напряжение только в том случае, когда последовательно с ним включено сопротие-ленье нагрузки, равное по величине темновому сопротивлению охлажденного элемента.

Перед заливкой корпуса-криостата приемника жидким хладагентом полость прибора следует продуть осушенным воздухом для удаления нз нее остатков влаги, которые при заливке могут привести к растрескиванию стеклянного корпуса прибора. При работе с жидкими хладагентами ьеобходимо применять меры, защищающие персонал от ожогов сжиженными газами.

При разработке оптико-электронной аппаратуры с использованием приемников излучения необходимо учитывать зависимость их основных парамс1ров от температуры и механических нагрузок. Повышение температур -i окружающей среды неохлаждаемых фоторезисторов приводит к уменьшепи10 чувстви-тельностч и обнаружительной способности приемников, уменьшению темновою сопротивления н постоянной времени, повышению уровня собственных шумов. Макс1г.\ч счектра.чьной характеристики сдвигается влево - в сторону более коротких длин воли.

Темнозой ток германиевых фотодиодов и фототранзисторов увеличивается в 2 раза при повышении температуры р-п перехода на каждые 10°С, у кремниевых приборов темновой ток возрастает в 2.5 раза. С повышением температуры рЧ перехода возрастают уровень собственных шумов и чувствительность приборов, а постоянная времени и обнаружительная способность уменьшаются. Макси.муч спектральной характеристики смещается влево.

Понижение температуры приборов приводит к обратным явлениям.

Повышение температуры окружающей среды охлахдаемых приемников излучен;1-я приводит к снижению их обнаружительной способности.

Ес.!и температура приборов превышает допускаемую техническими условиям . на них, то необратимо ухудшаются фотоэлектрические параметры и прнбом! выходят пз строя.

Пг;- воздействии в pa6o4eit состоянтт на приемники излучения механиче-ски.х иагад;; (ударов, акустических шумов и вибрадпи) наблюдается увеличение собствен.чых шумов приемников, уровень которых реглашнтнруется техническими условиями па приборы. Воздействие на приемники механических нагрук, уровень которых превышает требования ТУ, может привести к рзз-рушенпч) конструкцип приборов и выходу их пз строя.

При храпещти. монтаже приемников и настройке аппаратуры реобход[!,:о соб.-юдть следующие меры предосторожности.

Лранеине приборов следует производить только в условиях, регла.менти-pye!ыx ТУ, в заводской упаковке. При транспортировке н хранении ДШП- и

ПЗС-приборов их выводы должны быть закорочены между собой для предотвращения повреждения приборов статическим электричеством. При хранении приборов в нерабочем состоянии они не должны подвергаться воздействию сильного дневного освещения.

При хранении и эксплуатации следует применять специальные меры для защиты входных окон приемников от механических повреждений и загрязнений. Эксплуатируя охлаждаемые приборы, следует применять меры, предотвращающие запотевание входных окон и обмерзание выводов при длите.чьной работе.

При монтаже приборов в аппаратуру и их работе в составе аппаратуры должны быть приняты меры, исключающие влияние различного рода помех и наводок на входные цепи, соединяющие приемник с электронным трактом аппаратуры, а также меры, исключающие попадание иа чувствительные эле-.менты посторонних засветок.

При установке з аппаратуру приемников излучения, охлаждаемых термо. электрическими охладителями, должны быть приняты меры для отвода тепла от «горячего» спая охладителя.

Работы, требующие непосредственного соприкосновения с выводами МДП-и ПЗС-приборов, должны производиться на металлическом листе. Соприкосновение с выводами приборов должно осуществляться оператором, использую-шим заземляющий браслет.

Для монтажа приемников необходимо применять маломощные низковольтные электропаяльники с заземленными наконечниками. При пайке гибких проводов непосредственно у мест крепления их к приборам следует принимать меры по предупреждению перегрева выводов и их повреждения, особенно в области герметических спаев стекла с металлическими ножками (выводами).

7.2. Рекомендации по эксплуатации фотоэлектронных приборов

Выполнение приборами своих функций в аппаратуре зависит не только от уровня их параметров, но и в значительной степени от соб.!Юдепия режимов и норм их эксп.нуатации. Поэтому эксплуатация приборов должна проводиться в режимах и условиях, оговоренных техническими условиями на каждый в отдельности прибор. При этом не следует превышать предельно допустимые режимы, а также эксплуатировать приборы при одновременном достижении двух п болез 1.:)едс.1ьно допустимых значений параметров.

При кре-,.;нни приборов в аппаратуре не допускается соприкосновение токоьесуптих элементов аппаратуры со стеклом баллона прибора, если их потенциал отличается от потенциала фотокатода. Конструкции панелей, в ко-торье вставляются штырьки приборов, не должны создавать усилий, изгибаю-1ЦИХ ц!..:рьки. Не допускается консольный способ крепления приборов в панелях, так как :тс может привести к изгибу ножек и даже к растрескиванию стск,1Янного баллона, а также к потере электрического контакта и возрастанию контактных шумов. Запрещается осуществлять монтаж панели с остальной схемой, если в панели находится прибор. Не разрешается использовать свободные ii. j".Ki{ п:.1ели в качестве опорных точек монтажа электр1гческой схемы аппаратуры, а также приваривать нл.н прнпанг!ать выводы к штырькам ножек прибора.

Пайка гибких выводов приборов должна осуцествлятьсл па расстоянии не менее 25 лм от стекла.

Не допускается при пайке использовать кислоты, а применяемые при пайке материалы не должны вызывать окнслеиие выводов.

Во избежание облома гибких выводов и предотвращения сколов стекла не допускаетсл изгиб выводов на расстоянии менее 5... 10 мм от места впая вывода в стекли. Радиус закругления должен быть не менее 2 мм.

При сборке делителей напряжений для ФЭУ и диссекторов подпайка конденсаторов должна производиться с минимально короткими выводами для снижения воз.можных наводок на длинных проводниках и снижения индуктивности, играющей важную роль, когда необходимо принимать оптические сигналы наносекундной длительности.

Освещенность оптического изображения на фотокатоде должна быть в пределах рабочего светового диапазона. Превышение допустимых значений может привести к выжиганию фотокатода и сокращению срока службы прибора. Как в рабочем, так и в нерабочем состоянии фотокатод должен быть защищен от воздействия прямого солнечного света.

Кроме общих рекомендаций необходимо соблюдать и доно[нительные указания, относящиеся к отдельным группам приборов.

Особенности эксплуатации фотоумножителей. Для обеспечения работы ФЭУ в линейном режиме ток, протекающий через делитель, должен ие менее чем в 10 раз превышать максимальный ток анода. Если требуется, чтобы отклонение от линейности световой характеристики в статическом режиме ие превышало 1...2%, то ток делителя должен превышать рабочий ток анода в 100 .. . 500 раз.

Сопротивления резисторов делителей напряжения должны быть в пределах от 20 кОм до 5 МОм. При регистрации ФЭУ импульсных сигналов во избежание нарушения линейности анодного тока последние звенья делителя напряжения шунтируют конденсаторами, значение емкостей которых (в фарадах) выбираются согласно следующему выражению:

Сг,, = •

100(7

:где q - заряд импульса анодного тока, Кл; U; - межкаскадное напряжение. В; п - общее число динодов; i-номер динода.

На тех каскадах, где импульсный ток составляет менее 0,1 среднего тока через делитель, шунтирующие конденсаторы не ставятся.

Если на выходе ФЭУ необходимо получить сигнал, воспроизводящий форму входного светового импульса, сопротивление нагрузки должно выбираться из условия RuColfв, где Со - общая е.мкость сопротивления нагру)-чи и емкость ФЭУ; /в - верхняя частота в спектре оптического сигнала.

Требуемая точность поддержания (стабилизации) напряжения па отдельных каскадах ФЭУ определяется исходя из допустимой точности поддержания коэффициента усиления ФЭУ и числа каскадов умножения:

АР МЛ!М

и "(0,7... 1,0) п

где AU/U, ДЛ1/Л1 - соответственно относительное изменение напряжения питания на одном каскаде и коэффициента усиления ФЭУ; п ~ число каскадов умножения.

Для уменьшения влияния внешних магнитных и электростатических полей необходимо применять экранировку баллона ФЭУ. При размещении ФЭУ

в аппаратуре, а также при любых измерениях его параметров следует защищать от попадания посторонних засветок не только на фотокатод, но н на корпус баллона.

На фотокатод и диноды ФЭУ, находящиеся под напряжением, не должны попадать посторонние засветки, во избежание полной потери работоспособности ФЭУ.

Для получения минимальных значений темповых токов рекомендуется принимать меры, обеспечивающие минимальную температуру корпуса (улучшение вентиляции, рациональное размещение ФЭУ в блоках аппаратуры, применение теплоотводящих панелей и экранов).

С целью уменьшения темновых токов и эквивалента шума темнового анодного тока в сравнении с теми значениями, которые указаны в паспорте прибора, разрешается индивидуальный подбор напряжений на модуляторе и первом днноде ФЭУ (при сохранении значения общего напряжения питания).

Перед включением ФЭУ для работы его необходимо выдержать в темноте. Это указание особенно важно для тех ФЭУ, которые предназначены для регистрации световых потоков, близких к пороговым. В этом случае длительность выдержки должна быть ие менее 24 ч.

Особенности включения фотоэлементов. В конструкции некоторых фотоэлементов имеется охранное кольцо, расположенное между фотокатодом и анодом как внутри прибора, так и на его наружной поверхности. Оно предназначено для исключения из общего тока фотоэлемента тока утечки.

Прн включении фотоэлемента с охранным кольцом в электрическую схему охранное кольцо следует заземлять. Необходимо помнить, что охранное кольцо эффективно только тогда, когда сопротивление утечки значительно превышает сопротивление нагрузки фотоэлемента.

Особенности эксплуатации диссекторов. Если при допустимой рабочей освещенности фотокатода выходной ток превышает предельно допустимые значения, следует снижать напряжение на вторично-электронном умножителе в промежутке между вторым и одиннадцатым динодами до получения допустимого значения выходного тока.

Для- получения максимального сигнала на выходе диссектора необходимо соблюдать следующее условие:

/а „ = 20...25,

где /а -ток коллектора; /„ - ток источника питания динодов. Причем это соотношение следует соблюдать прежде всего при импульсном режиме работы диссектора.

Как во время эксплуатации, так и при хранении диссектор пе рекомендуется располагать в вертикальном положении фотокатодом вниз.

Особенности эксплуатации суперортиконов. Подготовка приборов осуществляется в следующем порядке. Вначале подают напряжение на фокусирующую и отклоняющую системы (ФОС), а затем включают источник света, создающий рабочую освещенность иа фотокатоде. Только после этого включают источник питания суперортикона. Выключение прибора производят в обратном порядке.

Не рекомендуется допускать длительную экспозицию на фотокатод приборов высококонтрастных тест-таблиц, особенно до тех пор, пока трубка не достигла рабочей температуры. При слишком низкой температуре мишени суперортикона и прн проектировании изображения на неразогретую трубку появляется сигнал послеизображения.