Файл: Левитин И.Б. Инфракрасная техника.pdf

20. Некоторые примеры схем для усиления термо- и фототоков

Приводим некоторые хорошо проверенные схемы уси­ лителей для приемников лучистой энергии, заимствован­ ные из книги, вышедшей недавно под редакцией профессо­ ров В. Г. Вафиади и M. М. Мирошникова [33].

Предварительный ламповый усилитель для радиацион­ ных пирометров. Принципиальная схема этого предусилителя показана на рис. 41. Предусилитель весьма компак­ тен ввиду использования в нем ламп серии «Б». Входной

Рис. 41. Ламповый предусилитель для радиа­ ционных пирометров

каскад (лампа Л1) выполнен по реостатной схеме и охвачен отрицательной обратной связью по току; связь этого кас­ када с катодным повторителем гальваническая. Выходное сопротивление катодного повторения 150 Ом. Ширина по­ лосы предусилителя 25 кГц. Коэффициент усиления 40. Амплитудная характеристика сохраняет линейность в диа­ пазоне от 50 мкВ до 500 мВ.

* Предварительный усилитель на полевых транзисторах.

Схема этого предусилителя показана на рис. 42. Полевые транзисторы весьма удобны благодаря малой входной ем­ кости (2—5 пкф) и очень большому входному сопротивле­ нию (порядка 10" Ом); уровень шумов такой схемы не пре­ вышает шума лампового предусилителя.

Предварительный усилитель на полупроводниковых трио­ дах. Схема этого предусилителя приведена на рис. 43; она рассчитана на использование совместно с фоторезистором

94

из теллуристого свинца. Выходное сопротивление схемы 200 Ом.

Узкополосный усилитель с разделением двойного Т-об­ разного моста от анодной нагрузки каскада. Для повышения

в узкой полосе. Как говорилось выше, ширину полосы про-

R7

6,8к

П

2N22S2

К основному

усилителю

<

R8

15к

Ннагрузке

приемника

R9

15к

Рис. 42. Предусилитель на полевых транзисторах

пускания такого усилителя выбирают с учетом стабиль­ ности скорости вращения модулятора. Сужение полосы осуществляется с помощью двойного Т-образного RC- моста, включенного в цепь обратной связи.

На рис. 44 приведена схема такого рода, входной кас­ кад которой выполнен на двух триодах. Нижний триод выполняет функцию регулируемого сопротивления в цепи катода верхней лампы. Усиленный сигнал с анода послед­ ней лампы (Ѵ2 Л1) поступает на вход катодного повтори­ теля, собранного на лампе Л2. Цепь катод лампы Л2 — управляющая сетка нижнего триода лампы Ѵ2 Л1 пред­ ставляет собой отрицательную обратную связь, которая

95

Косновном усилителю

'Для малых входных сопротив­ лений при использовании In Sb

Рис. 43. Предусилитель на полупроводниковых триодах

Рис. 44. Узкополосный усилитель с разделением двой­ ного Т-образного моста от анодной нагрузки каскада

96

делает каскад селективным при введении в эту цепь RC- фильтра. Из схемы видно, что элементы ^С-фильтра не шунтируют сопротивления анодной нагрузки входного каскада. Катодный повторитель {Л2) выполняет функцию буферного каскада.

Широкополосный усилитель для сканирующих пиромет­ ров. Для сканирующих пирометров .применяются усили­ тели с широкой полосой пропускания, зависящей от ско­ рости сканирования (А/ в этом случае может достигать

Рис. 45. Широкополосный усилитель для сканирующих пирометров

25—30 кГц). Эти І^С-усилители с двумя-тремя каскадами усиления оканчиваются катодным повторителем для со­ гласования с выходом регистрирующего устройства (само­ писца, электронного осциллографа и т. п.).

На рис. 45 показана схема такого усилителя с коррек­ цией амплитудно-частотных искажений других звеньев усилителя. Первый и второй каскады усилителя выпол­ нены по схеме с общим катодом (лампы Л1 и Л2).

Регулятором высокочастотной коррекции служит пере­ ключатель П1, низкочастотной — переключатель П2. Третьим каскадом является катодный повторитель (лампа ЛЗ). Переменное сопротивление в цепи катода регулирует величину отрицательной обратной связи всего усилителя.

97

4 Заказ №. 613

21.Фотоэлектрооптический усилитель

Для усиления слабых сигналов, например малых токов от термоэлементов, в ряде приборов, например в автомати­ ческих инфракрасных спектрометрах, применяется фото­ электрооптический усилитель (ФЭОУ) проф. Б. П. Козы­ рева с серннстосеребряными вентильными фотоэлементами.

Принцип действия этого усилителя показан на рис. 46. Ток от приемника излучений 5 подается на зеркальный

Рис. 46. Принцип действия фотоэлектрооптического усилителя ФЭОУ

сильноуспокоенный короткопериодный весьма чувстви­ тельный гальванометр 4. Источник света / освещает через объектив 2 растр 3, образованный на стеклянной пла­ стинке непрозрачными полосками, нанесенными на равных расстояниях одна от другой путем распыления алюминия через специальную маску. Объектив 2 проецирует тело накала лампы / на зеркальце гальванометра. Отраженный от зеркальца свет падает на объектив 6, создающий изо­ бражение растра 3 на совершенно таком же растре 7. Пройдя через этот растр, свет попадает na вентильный фо­ тоэлемент 8, ток которого измеряется вторым гальвано­ метром.

В начальном положении на чувствительную площадку фотоэлемента 8 попадает некоторый световой поток, вели­ чину которого можно регулировать нуль-корректором галь­ ванометра 4, поворачивая его зеркальце так, чтобы изо-

98

бражение растра 3 смещалось по растру 7 (сдвигая или раздвигая щели между непрозрачными полосками). При этом добиваются нулевого отклонения второго гальвано­ метра.

При засвете приемника излучений 5 измеряемым лу­ чистым потоком зеркальце этого гальванометра откло­ няется и изменяет взаимное расположение полосок изо­ бражения растров 3 и 7; при этом изменяется и поток, па­ дающий на фотоэлемент 8. При достаточной силе света лампы J фотоэлемент 8 создаст ток, значительно превы­ шающий сигнал от приемника излучений 5.

Усилитель делается из нескольких каскадов, причем коэффициент усиления каждого каскада может достигать нескольких сотен единиц. Число каскадов определяется допустимой нестабильностью схемы, вызываемой шумами и беспорядочными колебаниями зеркальца первого галь­ ванометра из-за броуновского движения молекул воздуха.

4*

Г Л А В А П Я Т А Я

ПРОХОЖДЕНИЕ ИНФРАКРАСНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ СКВОЗЬ ОПТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И АТМОСФЕРУ

22. Ослабление излучений в реальной среде

При прохождении излучений сквозь реальную среду — оптические материалы, воздух и т. д.— возникает ослабле­ ние лучистого потока, причинами которого являются по­ глощение излучения, связанное с превращением лучистой энергии в другие виды энергии, главным образом тепловую, и рассеяние излучения, при котором лучистая энергия пе­ рераспределяется в различных направлениях пространства, например в стороны и назад, так что в первоначальном на­ правлении проходит только часть проходящего через среду лучистого потока.

Любая реальная среда или вещество рассеивают излу­ чение вследствие своей неоднородности. В частности, в воз­ духе эта неоднородность создается водяными парами, твер­ дыми взвешенными частицами и т. п. включениями. Таким образом, всякую среду можно рассматривать как дисперс­ ную систему, состоящую в общем случае из нескольких фаз, каждая из которых имеет свой показатель преломле­ ния. Простейшая дисперсная система состоит из двух фаз: внешней (дисперсионной) фазы, в которой находятся взве­ шенные частицы внутренней (дисперсной) фазы. Характер системы определяется степенью измельчения (дисперсности) внутренней фазы и физической природой обеих фаз. По про­ стейшей классификации дисперсные системы делятся на три класса:

1) молекулярно-дисперсные системы; в них степень дисперсности внутренней фазы доходит до одной молекулы

100

или иона, частицы имеют размеры порядка 0,1—1 нм;

ктаким системам относятся, в частности, растворы;

2)высоко-дисперсные (коллоидные) системы, в них сте­ пень дисперсности внутренней фазы характеризуется тем, что каждая взвешенная частица содержит тысячи молекул,

аразмеры частиц порядка 1—100 нм;

3)грубо-дисперсные системы с крупными частицами внутренней фазы; эти системы делятся на суспензии (в ко­ торых внутренняя фаза является твердой, а внешняя либо жидкой, либо газообразной) и эмульсии (в которых внут­ ренняя фаза является жидкой). Примерами могут служить

где Ф — лучистый поток, прошедший через толщу х среды; Ф0 — вступивший в эту среду лучистый поток'; е — осно­ вание натуральных логарифмов; /г — натуральный пока­ затель ослабления, учитывающий обе причины ослабления (поглощения и рассеяния) и рассчитываемый на единицу толщи среды. Закон Бугера соблюдается с большей или меньшей точностью, причем имеет значение длина волны проходящего излучения.

Учет ослабления инфракрасных излучений при прохож­ дении через реальные среды имеет очень большое значение для инфракрасной техники, позволяет оценивать даль­ ность действия аппаратуры и рассчитывать ее оптические детали. Следует заметить, что теоретическое рассмотрение вопросов ослабления излучений в средах (в особенности рассеяния излучений) является чрезвычайно сложным и

нако коснемся только весьма поверхностно связи рассея­ ния излучений с их длиной волны.

Для рассеяния излучений очень малыми частицами Ре­ лей нашел значение коэффициента рассеяния /ер для мно­ жества частиц в однородной среде:

101

Здесь п — показатель преломления вещества частицы; /V — число частиц в 1 см3 ; К — длина волны проходящего излу­ чения.

Из этого выражения очевидно, что в очень чистой ат­ мосфере инфракрасные излучения, у которых длина волны значительно больше, чем у световых излучений, рассеи­ ваются значительно слабее, чем световые и ультрафиоле­

товые излучения.

Однако зависимость О/А,4 не соблюдается при прохожде­ нии излучения через плотные туманы, в которых инфра­ красные излучения ослабляются так же сильно, как и ви­ димые.

Важно также отметить, что вода чрезвычайно сильно поглощает инфракрасные излучения. Обладая очень малой прозрачностью для них в тонком слое (до 1 мм), уже при толщине слоя в 1 см вода становится совершенно непрони­ цаемой для инфракрасных излучений.

23. Оптические материалы и фильтры, применяемые в инфракрасной технике

Материалы, хорошо пропускающие инфракрасные из­ лучения, необходимы для изготовления многих ответствен­

пусканию в определенной спектральной области, эти ма­ териалы должны удовлетворять еще ряду других требова­ ний, относящихся к другим оптическим характеристикам (показателю преломления, дисперсии показателя прелом­ ления, отражательной способности и т. д.), к механическим и другим физическим свойствам. Так, например, многие материалы, удовлетворяющие оптическим требованиям, обладают такими серьезными недостатками, как высокой растворимостью в воде или недопустимой текучестью в хо­ лодном состоянии; некоторые материалы трудно обраба­ тываются для получения оптически точных поверхностей. Все это сужает круг материалов, пригодных для рассмат­ риваемых нами целей.

Оптические материалы для инфракрасной техники. Ос­ новные виды практически используемых в инфракрасной технике оптических материалов представляют собою кри­ сталлические вещества. В свою очередь их можно разде­ лить на монокристаллы природные или получаемые путем

102