▣2.热释电器件的工作原理 设晶体的自发极化矢量为P,P的方向垂直于电容器的极板平面。 接收辐射的极板和乃一极板的重迭面积为A。由此马引起表面上的束 缚极化电荷为 Q=A△o=A 5-35) 若辐射引起的晶体温度变化为△T,则相应的束缚电荷变化为 △Q=A.(△PJ△T)△T=A△T 5-36） 式中，y=△P/△T称为热释电系数，其单位为ccm2K,是与材料本 身的特性有关的物理量，表示自发极化强度随温度的变化率。 若在晶体的两个相对的极板上敷上电极，在两极间接上负载R 则负载上就有电流通过。由于温度变化在负载上产生的电流可以 表示为 d№ 2022/10/7 1= di 二AY dT (37）
2022/10/7 6 2. 热释电器件的工作原理 设晶体的自发极化矢量为Ps，Ps的方向垂直于电容器的极板平面。 接收辐射的极板和另一极板的重迭面积为Ad。由此引起表面上的束 缚极化电荷为 Q = AdΔσ=AdPs (5-35) 若辐射引起的晶体温度变化为ΔT，则相应的束缚电荷变化为 ΔQ =Ad (ΔPs /ΔT)ΔT = Ad γΔT (5-36) 式中，γ = ΔPs /ΔT称为热释电系数，其单位为c/cm2 ∙K，是与材料本 身的特性有关的物理量，表示自发极化强度随温度的变化率。 若在晶体的两个相对的极板上敷上电极，在两极间接上负载RL， 则负载上就有电流通过。由于温度变化在负载上产生的电流可以 表示为 t T A t Q i s d d d d d = = (5-37)
式中，为热释电晶体的温度随时间的变化率，温度变化速率与材 料的吸收率和热容有关，吸收率大，热容小，则温度变化率大。 通常热释电器件的电极按照性能的不同要求做成如图516所 示的面电极和边电极两种结构。在图516(a)所示的面电极结构 中，电极置于热释电晶体的前后表面上，其中一个电极位于光敏 面内。这种电极结构的电极面积较大，极间距离较少，因而极间 电容较大，故其不适于高速应用。此外，由于辐射要通过电极层 才能到达晶体，所以电极对于待测的辐射波段必须透明。在图5 16(b)所示的边电极结构中，电极所在的平面与光敏面互相垂直， 电极间距较大，电极面积较小，因此极间电容较小。由于热释电 器件的响应速度受极间电容的限制，因此，在高速运用时以极间 电容2的边电极为宜
2022/10/7 7 式中，为热释电晶体的温度随时间的变化率，温度变化速率与材 料的吸收率和热容有关，吸收率大，热容小， 则温度变化率大。 通常热释电器件的电极按照性能的不同要求做成如图5-16所 示的面电极和边电极两种结构。在图5-16（a）所示的面电极结构 中，电极置于热释电晶体的前后表面上, 其中一个电极位于光敏 面内。 这种电极结构的电极面积较大，极间距离较少，因而极间 电容较大，故其不适于高速应用。此外，由于辐射要通过电极层 才能到达晶体，所以电极对于待测的辐射波段必须透明。在图5- 16（b）所示的边电极结构中，电极所在的平面与光敏面互相垂直， 电极间距较大，电极面积较小，因此极间电容较小。由于热释电 器件的响应速度受极间电容的限制，因此，在高速运用时以极间 电容小的边电极为宜
热释电器件产生的热释电电流在负载电阻R,上产生的电压为 -6-y4的 (5-38) 可见，热释电器件的电压响应正比于热释电系数和温度的变化速率 dTdt,而与晶体和入射辐射达到平衡的时间无关。 如果将热释电器件跨接到放大器的输入端，其等效电路为如 图51门所示。由等效电路可得热释电器件的等效负载电阻为 R R= (5=39) 1/R+ioC 1+ioRC 白4÷c0R,1R÷c (a)图形符号 (b)等效电路 2022/10/7 图5-17 热释电器件
2022/10/7 8 热释电器件产生的热释电电流在负载电阻RL上产生的电压为 d L d L d d R t T U i R A = = (5－38) 可见，热释电器件的电压响应正比于热释电系数和温度的变化速率 dT/dt，而与晶体和入射辐射达到平衡的时间无关。 如果将热释电器件跨接到放大器的输入端，其等效电路为如 图5-17所示。由等效电路可得热释电器件的等效负载电阻为 i RC R R i C RL + = + = 1 1 1 (5－39)
这里，R(∈RR)和C(C+C)分别为热释电器件和放大器的等效电 阻和等效电容。则R的模值为 R R= (5-40) 1+o2R2c22 对于热释电系数为入，电极面积为A的热释电器件，其在以调制频率 为ω的交变幅射照射下的温度可以表示为 T=ATei+T。+AT, (5-41D 式中，T,为环境温度，△T。表示热释电器件接收光辐射后的平均温 升，表示与时间相关的温度变化。于是热释电器件的温度变化率为 dT =ATei (5=42 输入到放大器的电压为 R 2022/10/7 U=y AAT. +oRCi (643)）
2022/10/7 9 这里，R(=Rs //RL )和C(=Cs +CL )分别为热释电器件和放大器的等效电 阻和等效电容。则RL的模值为 ( ) 1 2 2 2 2 1 R C R RL + = (5－40) 对于热释电系数为λ，电极面积为A的热释电器件，其在以调制频率 为ω的交变幅射照射下的温度可以表示为 0 0 j t T = T e +T +ΔT (5－41) 式中，T0为环境温度，ΔT0表示热释电器件接收光辐射后的平均温 升，表示与时间相关的温度变化。于是热释电器件的温度变化率为 j t e d d T t T = (5－42) ( ) j t R C R U A T e 1 Δ 1 2 2 2 2 d + = (5－43) 输入到放大器的电压为