Главная | Обратная связь

Шумы фотоприемников

Рассмотрим основные виды шумов ФП.

Тепловые шумысвязаны с колебаниями концентрации свободных носителей заряда из-за их теплового движения. Величина тепловых шумов может быть определена по формуле Найквиста

σ_т² = 4kTR_т∆f,

где k – постоянная Больцмана;

T – температура ФП в Кельвинах;

∆f – полоса частот, в которой работает ФП.

Токовые (дробовые) шумывызываются колебанием числа электронов, проходящих через ФП при неизменном внешнем напряжении. Они определяются случайным характером процессов генерации, рекомбинации и диффузии электронов и дырок.

Дисперсия дробового шума может быть определена из выражения

σ_д²= 2eI_ср∆f,

где e – заряд электрона;

I_ср – среднее значение тока, протекающего через ФП.

Радиационные (фоновые) шумыпоявляются при изменении температуры ФП в результате теплообмена между ФП и окружающей средой (фоном). Теплообмен приводит к появлению некоторого изменяющегося во времени излучения. Этот вид шумов характерен для ФП ИК – диапазона. Шумы, вызванные флуктуациями температурного излучения, пропорциональны изменением потока ∆Ф.

σ_р² = n∆Ф,

где n – коэффициент пропорциональности.

В различных видах ФП может преобладать тот или иной вид шума. При наличии различных компонентов шума общая дисперсия шумов приемника может быть вычислена по формуле

σ_ш² = σ_т²+ σ_д² + σ_р²

Чувствительность ФП– это реакция ФП на единичный входной сигнал. В зависимости от измеряемого электрического параметра на выходе ФП различают токовую S_i, и вольтовую S_u чувствительность.

S_i=I/Ф, S_u=U/Ф

Различают также статическую чувствительность, определяемую приведенными выше зависимостями и дифференциальную чувствительность

S_i=dI/dФ. S_u=dU/dФ

Спектральная чувствительностьS_λ – это зависимость чувствительности ФП от длины волны.

Порог чувствительностиопределяется в виде минимальной интенсивности падающего на ФП излучения, вызывающая на выходе сигнал, равный напряжению шумов.

Если известна облученность приемника Е_е, то с учетом площади его чувствительного элемента q, формула для порога чувствительности примет вид

Ф_п=(U_ш/U_c)∙ Е_е q,

где U_c – полезный сигнал на выходе ФП,

U_ш – сигнал шума.

Так как величина шума зависит от полосы частот ∆f, то и порог чувствительности зависит от полосы частот.

Для удобного сравнения различных ФП вводится понятие порога чувствительности Ф_п1 в единичной полосе частот

Ф_п1= Ф_п/∆f=( U_ш/U_c)∙ Е_е q/∆f

Величина обратная Ф_п1 называется обнаружительной способностью приемника D.

Характеристики фотоприемников

Спектральная характеристика –изменение параметров ФП в зависимости от длины волны принимаемого излучения S_ф(λ).

Вольтамперная характеристика -зависимостьтока ФП от величины приложенного напряжения I_ф(U) при постоянном потоке излучения Ф.

Энергетическая (световая) характеристика –зависимость тока ФП от входного потока, падающего на ФП I_ф(Ф).

Вид характеристик определяется типом ФП.

 

Фотодиоды