Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 98
Текст из файла (страница 98)
В настоящее врем.я существует достаточно большое количество типовфотоумножителей, предназначенных для различных применений (телевидение, оптоэлектроника, лазерная техника, дозиметрия, астрономия и т. д.).Входная камера, как правило, состоит из фотокатода и электронно-оптической системы, обеспечивающей фокусирование потока фотоэлектронов в направлении первого динода. Фотокатодв зависимости от конструкции и назначения ФЭ"У может быть:как полупрозрачным, расположенным в торце прибора, так имассивным при боковом входе оптического сигнала. Диаметрыкатодов достигают нескольких десятков см, однако наиболеечасто встречаются ФЭ"У с размерами фотокатодов от1,0 до 5 см.Одним из основных требований, предъявляемых к электрон-'· но-оптическим системам ФЭ"У, особенно быстродействующим, является требование минимального разброса времен пролета электронов от поверхности фотокатода до первого динода (изохронностьтраекторий электронов).
Неодинаковость времени пролета обусловлена разбросом начальных скоростей и длин пробега электронов, вылетевших с различных участков фотокатода, неоднородностью электрических полей и рядом других факторов. Наилучшие·результаты получаются во входных камерах со сферической формой электродов (см. рис.16.46,а), где входная камера ФЭ"У повторяет конструкцию каскада умножительной системы.Динодныесистемывесьма разнообразныпо конструкции.К ним предъявляются следующие требования: большое усиление'и быстродействие, линейность энергетических (световых) характеристик, высокая эффективность, простота изготовления и экс-iплуатации. Наибольшее распространение получили динодные системы с электростатическими полями, обладающие наилучшимиэксплуатационными характеристиками. Они могут быть разделены на системы с дискретными динодами и системы с распреде-',.ленными динодами.17'Раздел5164.ПРИБОРЫ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИВ первой группе наибольшее распространение получили системы, использующие фокусировку электронов, и системы «сквозного» типа (жалюзи, сетки, пленки на «прострел»), в которых умножительные каскады сконструированы таким образом, что онине требуют специальной фокусировки электронных пучков впространстве между вторичными эмиттерами (см.
рис.16.46, б).Системы на дискретных динодах сквозного типа малочувствительны к воздействию внешних магнитных полей и из-за развитойрабочей поверхности динодов обеспечивают работу при больших токах нагрузки. К их недостаткам следует отнести более низкие эффективность динодов и временное разрешение по сравнению с ФЭУ, имеющими электростатическую фокусировку.Системы на распределенных динодах бывают трех типов:пластинчатые, целевые и канальные. Последние из них в простейшем случае представляют собой трубку определенного калибра (отношение длины к диаметру), внутренняя поверхностькоторой обладает нужным электрическим сопротивлением ихорошим коэффициентом вторичной электронной эмиссии.
Если на концы трубки с калибромциал(>2 ... 2,550."100подать высокий потенкВ), то в канале трубки сформируется однородное электрическое поле.Фотоэлектроны выбивают с внутренней поверхности трубкивторичные электроны, которые под действием электростатического пол.я ускоряются и бомбардируют стенки канала, находящиесяпод большим потенциалом (см. рис.16.46, б).Коэффи:Циент усиления М трубки зависит от ее калибра, поверхности канала и приложенного к его концам напряжения. Величина М достигает зна10 5 •.. 106 .
Канальные системы не требуют внешнего деченийлителя напряжения, необходимого для систем на дискретныхдинодах, имеют простую конструкцию и малые размеры.В последние годы были разработаны гибридные ФЭУ, в которыхвкачествеумножающихэлементовиспользуютсяпоЛ:упроводниковые диодные или транзисторные структуры.
Ихпринцип действия основан на образовании свободных носителей в полупроводнике с р-п-переходом при бомбардировке егоэлектронами с энергией ~10 кэВ.На р-п-переход подано обратное смещение. Образовавшиеся в результате бомбардировкиэлектронно-дырочные пары разделяются полем р-п-перехода,образуя ток в цепи анода. Коэффициент усиления пропорционален коэффициенту умножения носителей в полупроводнике иГлавадостигает величины16.
Оптоэлектронныеприборы517103 для диодных и 106 для транзисторныхструктур.Гибридные ФЭУ имеют большие выходные токи(~стационарном режиме и до0,5 Ав20 Ав импульсном), малые габариты, высокое быстродействие(~ 10- 10 с). Они не чувствительны квнешним магнитным полям.16.
7.4.Параметры и характеристики фотоэлектронных умножителей (ФЭУ).В зависимости от вида регистрируемого сигнала в ФЭУ различают: статические параметры при измерении световых немодулированных сигналов, частотные параметры при работе с мо,дулированнымиоптическимисигналамииимпульсныепараметры для импульсных сигналов.Большинство характеристик и параметров ФЭУ соответствуют аналогичным параметрам и характеристикам фотоэлементов, имеющих фотокатоды таких же типов.
Здесь мы рассмотрим только или специфические параметры и характеристикиФЭУ, или их особенности.Коэффициент усиления динодной системы М и анодная токоваячувствительностьсится2-кSraдинодамспоказаны на рис.16.47,сурьмяно-цезиевымгде криваяпокрытием,а1 отнокриваяк сплавным вторично-электронным эмиттерам. Увеличение :коэффициента усиления Мс ростом напряжения питания вызвано возрастанием :коэффициентов вторичной эмиссииcr; динодов. При большем числе динодов и прочих равных условиях наклон кривых увеличивается, то же самое будет наблюдаться ипри больших :коэффициентах вторичной эмиссии динодов.Анодную токовую чувствитель-ностьSra= dla/dФ [А/лм] измеря-мют при полном освещении поверхностивыхкатодапотоков,изначенияхсвето100010 7соответствующих100линейной части световой характе-iристики, при которых анодные токи /а не превышают предельных105101значений.f.Обычно величины световых потоков выбирают в диапазоне...
10-в лм.1о- 4 •••_ _.._ _,__.....__ _1,0 1,5 2,0И" кВ1оз.__.__,~Рис.16.47518Раздел4.ПРИБОРЫ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИЭнергетические (световые) характеристики (рис.16.48). Отклонениеот линейности при больших Ф0,8обусловлено0,6влияниемпространственного заряда и утомлением фотокатода. При интенсивных свето0,4вых потоках возникают большиеплотности токов с фотокатода, что0,2и приводит к формированию окоо0,5 1,0 1,5 2,0 2,5Рис.Ф, лмло его поверхности области объемного заряда, ограничивающего16.48число электронов, летящих в направлении первого динода. При импульсных сигналах диапазон линейных режимов значительно шире.
Влияние на ток анода напряжения на первом диноде определяется его БАХ. Нарис.16.48 в режиме объемного заряда это влияние иллюстрируется кривыми при двух значениях напряжения на первом диноде (И'{>И:L). При регистрации излучения, модулированногогармоническимисигналами,инерционностьоцениваетсяпочастотной характеристике.
Умножители различного типа работают в частотном диапазоне от15 до 150 МГц.ФЭУ, предназначенные для регистрации коротких вспышекслабой интенсивности, должны иметь хорошие быстродействие(-10-з ... 10-10 с) и чувствительность. Способность ФЭУ выделять световые импульсы, незначительно различающиеся по интенсивности, характеризуется собственным амплитудным разрешением ФЭУ, которое тем выше, чем ниже уровень собственныхшумов прибора. Минимальные значения (нижний порог) интенсивности измеряемых потоков излучения определяются темновым током и шумами.
Темновой ток ФЭУ обусловлен термо- иавтоэлектронной эмиссией с поверхности фотокатода и динодов, токами утечки между электродами прибора.Темновой ток, являющийся параметром ФЭУ, дается в справочниках для определенного режима его работы. Флуктуацииэтого тока служат источниками собственных шумов ФЭУ, к которым добавляются флуктуации (шумы) коэффициентов усиленияcr динодов.Пороговые потоки (пороговая чувствительность) в единичной полосе частот 1 лучших ФЭУ достигают l0- 13 лм • Гц- 1 1 2 [21].1 Этот параметр определяется световым энергетическим потоком в люменах,падающим на фотокатод ФЭУ и вызывающим анодный фототок, равный эффективному значению темнового тока, приз;~еденному к полосе частот в1 Гц.Глава16.Оптоэлектронные приборы519Быстродействие ФЭУоценивается по форме импульса на выходе прибора при освещении всей поверхности фотокатода световым импульсом с длительностью < 3 • l0- 9 с.
На основе анализаформы выходного импульса определяют следующие импульсныепараметры:'tФ -длительность фронта анодного импульса тока, котораяизмеряется между уровнямиченияIam;0,1иот его амплитудного зна0,9соответственно длительности выходных't0 , 5 , 't0 , 1 -импульсов по уровням 0,5/ат и 0,1/ат;S= 0,8(Iam1Ф)крутизна фронта импульса (в линейной об-ласти изменения тока, см. рис.16.48).В зависимости от рабочей частоты все ФЭУ можно разделитьна две большие группы:1)низкочастотные ФЭУ для измерения предельно малой ин2)импульсные и высокочастотные ФЭУ для регистрациитенсивности световых потоков;кратковременных и быстро изменяющихся малых потоков излучения.Характерные параметрьi: ФЭУ первой группы: темновые токи менее 2 • l0- 8 А, S 1 a - 1000 А/лм; пороговый поток в единичной полосе частот - (2,5 ...
3) • 10-13 лм • Гц- 1 1 2 , диаметр фотокатодов- 5 ... 6мм. Малые диаметры фотокатодов обусловлены необходимостьюработыпрималыхтемновыхтокахитребованиями, предъявляемыми к аппаратуре, используемой вкосмической технике.Быстродействующие ФЭУ конструируются таким образом,чтобы получить возможно более высокую изохронность тра екторий электронов, вылетающих с различных участков электродов.Параметрыного импульса 'tФтаких< 2,5нс;ФЭУ:длительностьфронтаS - 200 мА/нс, Iam - 0,5анодА. Длярасширения полосы рабочих частот выводы ФЭУ выполняюткоаксиальными,чтообеспечиваетхорошеесогласованиесвнешними высокочастотными и сверхвысокочастотными цепями.ФЭУ, предназначенные для приема излучения лазеров, имеют монохроматические катоды с чувствительностью- 4с длительностью фронта и выходного импульса 'tФ -'t 0 , 1 -мА/Вт,2 ... 3 нс,О, 7 нс, с пороговым потоком в единичной полосе частот- 2 • 10-1з лм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
