detektoren

gadushk · Anmeldungsdatum: 14.12.2013 Beiträge: 3

Meine Frage:
hallo liebe Physiker, kann mir jmd bei diese Hausaufgaben helfen ich bräuchte nur Ansätze damit ich klar komme, denn ich muss mindestens 50% der Aufgaben richtig haben.

liebe grüße und danke im vorraus

Meine Ideen:
ideen:

für 1b) signal-photonen und photonen vom Hintergrund

i²_N = 2eiB = (2 eta e²(p_s+ P_B)B)/(hv) für den mittleren Rauschstrom

weitere ideen zu den anderen HAs habe ich nicht unglücklich

das sind die HAs:
1.Aufgabe:

Betrachten Sie einen Detektor an den ein Verstärker angeschlossen ist. Der durch den Verstärker
verursachte mittlerer Rauschstrom ist i² = 4kTVB/R. R ist der Rauschwiderstand und TV ist die
Rauschtemperatur des Verstärker (NB: Im Fall eines rauschfreien Verstärkers ist R der
Widerstand des Detektors).
a) Leiten Sie eine Gleichung für die NEP für den Fall her, dass nur das Verstärkerrauschen eine
Rolle spielt.
b) Leiten Sie eine Gleichung für die NEP her, die Signalrauschen, Hintergrundrauschen und
Verstärkerraschen berücksichtigt.
c) Wann ist die Summe von Signal- und Hintergrundrauschleistung gleich der
Verstärkerrauschleistung? Leiten Sie eine Gleichung für diese Bedingung her und diskutieren
Sie die Gleichung (insbesondere im Hinblick auf eta und R).

2.Aufgabe:

b) Berechnen Sie die Responsivität (in Volt/Watt, S=dV/dP) der Diode mit I0=1µA, eta=0,5 und T=300K
c) Vergleichen Sie die Responsivität für P=0W, P=1 µW
und P=10 mW bei einer Wellenlänge von 0,9 µm.
d) Berechnen Sie den Photostrom, der in einer
Photodiode erzeugt wird, wenn Strahlung von
500nm und 1mW auf die Diode fällt. Die
Quanteneffzienz der Diode sei 0,7. Berechnen Sie
die Responsivität dieser Diode.

3.Aufgabe:

) Supraleitendes Bolometer (9 Punkte)
a) Ein supraleitendes Bolometer wird mit einer Konstant-Stromquelle betrieben. Die
Temperatur des Bolometers ist so eingestellt, dass es sich auf der Hälfte des supraleitenden
Übergangs befindet. Beschreiben Sie, wie sich das Bolometer verhält, wenn Strahlung darauf
fällt. (3 Pkt)
b) Wie a), aber statt einer Konstant-Stromquelle wird eine Konstant-Spannungsquelle
verwendet. (3Pkt.)
c) Bestimmen Sie aus der in der Vorlesung gezeigten R-T Kurve des supraleitenden Bolometers
den Temperaturkoeffizienten alpha in der Mitte des Übergangs von supra- zu normalleitend.
Berechnen Sie das Verhältnis von effektiver Zeitkonstante zur Zeitkonstante ohne angelegten
Strom/Spannung anhand der in der Vorlesung gegebenen Gleichung (Nehmen Sie n=4 an).
(3 Pkt.).

4.Aufgabe:

a) Die Empfindlichkeit einer Wärmebildkamera wird häufig nicht als NEP sondern als NET
angegeben. Leiten Sie einen Ausdruck für NEΔT her. Nehmen Sie an, dass hv>>kT. Gehen Sie
vom Planckschen Strahlungsgesetz aus und davon. Dass der Detektor ein kleines Gesichtsfeld Ω und eine Fläche A hat, das heißt die Hintergrundstrahlung ist gegeben durch PB = AΩ
(2hv³Δv)/(c²(exp(hv/kT)-1)). (5Pkt)
b) Eine Wärmebildkamera soll eine Temperaturunterschied ΔT vor einer
Hintergrundtemperatur von T=300 K detektieren (bei welcher Frequenz v liegt folglich das
Maximum der Planckschen Strahlung?). Der Hintergrund und das zu detektierendes Objekt
haben ein Emissionsvermögen von 1. Die Aperturfläche eines Pixels der Kamera sei A= 100 cm²
, das Gesichtsfeld sei θ=0,001 rad und die Bandbreite sei B=1 MHz. Die Quanteneffizienz
sei eta=1. Nutzen Sie folgende Näherung Ω=θ². Ein Filter vor der Kamera beschränkt die
Frequenzbandbreite der detektierten Strahlung Δv/v auf 10%. Berechnen Sie den kleinsten
detektierbaren Temperaturunterschied NEΔT. Verwenden Sie die Gleichung aus a). (3Pkt.)

5.Aufgabe:

In der Vorlesung wurde behauptet, dass ein Mischer die Differenzfrequenz von Lokaloszillator- und
Signalstrahlung erzeugt.
a) Zeigen Sie für einen Mischer mit einer nichtlinearen Kennlinie, dass dies der Fall ist. Gehen
Sie davon aus, dass sich die Strom-Spannungskennlinie in eine Taylorreihe entwickeln lässt:
I(V) =summe k*V
i (Summe über i= 0 bis unendlich). Berücksichtigen Sie nur Glieder bis zur zweiten
Ordnung (quadratisch). Nehmen Sie ferner an dass sich die durch die elektrischen Felder von
Lokaloszillator- und Signalstrahlung im Mischer erzeugten Spannungen wie folgt darstellen
lassen: V= V_L*sin(w*t) + V_s*sin(w*t) (t: Zeit, V. Spannung, L: Lokaloszillator, S: Signal,w=2pi*v
Welche Frequenzen werden vom Mischer gebildet.

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8583

Wir haben keinen Zugriff auf Deine Aufgabe. Entweder lädst Du es woanders hoch oder schreibst die Aufgabe ab.

gadushk · Anmeldungsdatum: 14.12.2013 Beiträge: 3

kann man eine pdf datei hochladen?

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8583

Das Problem ist, dass hier die meisten (u.a. ich) keinen Login-Account bei der TU Berlin haben...

PS: Du kannst Dateien anhängen an deinen Beitrag.

gadushk · Anmeldungsdatum: 14.12.2013 Beiträge: 3

oki jtz habe ich die aufgaben aufgeschrieben traurig

endlich