электровакуум.приборы (1084498), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Световой поток источника со сплошным спектром излучения с известной функцией спектральной плотности р(Л) находится интегрированием в пределах границ видимого диапазона Лт м0,78 мкм Фт = 680 / р(Л) Р(Л)))Л. Л) = 0,38 мкм (11.5) 11.2. НАЗНАЧЕНИЕ ПРИЕМНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ И ИХ КЛАССИФИКАПИЯ Приемником излучения или фотоприемником называется прибор, предназначенный для преобразования оптического сигнала в электрический. В зависимости от механизма преобразования энергии излучения приемники излучения делятся на тепловые и фотоэлектронные (фотоэлектрические, фотонные). В тепловых фотоприемниках поглощенная энергия излучения превращается в тепло, в результате чего изменяются электрические свойства вещества.
Вф фотоэлектронных приемниках происходит прямое взаимодействие между фотонами и электронами материала чувствительного слоя фото- 138 игл) 7,0 Ов б,б 0,4 б,г Рис. 11.2. Спектральны характеристика относительной ьилноста приемника. Электрические свойства фотоприемника при этом изменяются, а температура остается практически неизменной. Фотоэлектронные приемники излучения, в свою очередь, можно разделить на два класса, включаюших в себя большинство применяемых на практике приемников излучения: электровакуумные фотоэлектронные приборы и полупроводниковые фотоэлектрические приборы.
Принцип действия первых основан на внешнем фотоэффекте, или фотоэлектронной эмиссии, работа вторых основана на внутреннем фотоэффекте (фоторезистивном или фотогальваническом) . К злектровакуумным фотоэлектронным приборам, которые будут рассмотрены в данной книге, относятся фотоэлементы и фотоэлектронные умножители.
11.3. ПОНЯТИЕ О ПАРАМЕТРАХ Н ХАРАКТЕРИСТИКАХ ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫХ ФОТОЭЛЕКТРОННЬ)Х ПРИБОРОВ (11.6) 5(Л) = 5сЛ/5еЛмах. Огпосигельпал спектральная характеристика 5(Л) =/(Л) позволяет сравнивать избирательные свойства приборов, имеюших большие 139 В том случае, когда специальный состав излучения не влияет на определение параметра и ход характеристики рассматриваемого прибора, поток будем обозначать символом Ф без индексов.
Чувствительнооп. Под чувствительностью фотоприемника в обшем случае понимают отношение его реакции к оптической величине„вызвавшей эту реакцию. Реакцией электровакуумных фотоэлектронных приборов на изменение потока удобно считать изменение тока. Это связано с тем, что ток в рассматриваемых приборах в рабочем режиме зависит в основном от интенсивности потока, попадающего на фото- приемник, и практически не зависит от напряжения на выходном электроде.
Различают дифференциальную чувствительность, определяемую как опшшение приращений тока и потока 5 = )11/йФ, и статическую, равную отношению постоянных значений этих величин 5 = 1/Ф. У вакуумных фотоэлектронных приборов дифференциальная и статическая чувствительности равны в связи с линейностью характеристики 1=/'(Ф).
Спектральной чувствительностью называется чувствительность к монохроматическому потоку излучения, т. е. отношение тока к падающему монохроматическому потоку ЯсЛ = У/ФсЛ. Спектральная чувствительность фотоэлектронных приборов зависит от длины волны излучения.
Эта зависимость 5,Л =/(ФсЛ) является спектральной характеристикой прибора. Для удобства иа практике пользуются понятием относительной спектральной чувствительности 5(Л) — отношением чувствительности на данной длине волны к максимальной спектральной чувствительности 5е)опсх 9Ы) ов 7О 09 05 0,7 097(,~а~ ОЗ 05 07 09л,ккл а) б) Рпс. 11хх Спектральные характернсщкп фотокщопов а — заанохмость абсоюотной спектральной чувствнтепьпосщ мпогощелочного (1) и серебряно-кислородно цеаневого (0) фотокатопоа от длины волны; 6 — отноохтельные спектральные характернсвяки эщх фотокатопов различия по абсолютным значениям чувствительности.
Для примера на рис. 11.3, а приведены спектральные характеристики двух фотоэмитгеров одинакового размера, а на рис. 11З, б показаны их относительные спектральные характеристики. Из рисунков видно, что относительные спектральные характеристики являются более удобными для практического использования. Интегральной чувствительностью называется чувствительность фотоприемника к немонохроматическому сложному потоку излучения заданного спектрального состава Яа = Т/Фа. (11.7) Интегральная чувствительность измеряется в амперах на ватт. Поскольку значение интегральной чувствительности зависит от спектрального состава потока излучения, оиа как параметр имеет смысл лишь применительно к конкретному источнику излучения.
В справочниках интегральную чувствительность фотоприемников указьшают по отношению к потоку эталонных источников. У злектровакуумных фотоэлектронных приборов измерение интегральной чувствительности производят по источнику типа А (образцовая светоизмерительная газо- полная лампа накаливания с вольфрамовой нитью, имеющая цветовую температуру Тц = (2856 х 10) К] . Между интегральной и спектральной чувствительностями существует определенная связь.
Ток г(Г, вызванный потоком излучения с участка спектра с(Л, можнонайти как а71 = 5аЛо(фа Из определения спектральной плотности потока излучения (1.2) имеем а = 5. ло(л) (л. (11.8) Отсюда ток от воздействия всего сложного потока находится ин140 егрированием уравнения (11.8) подлинамволнвсегоспектра 1 = Г 5еЛ(б(Л)с((Л). о Из (11.б) находим ЯаЛ и подставляем в (11.9), тогда Оа Т = 5аЛ7пах Х Я(Л)тб(Л)б(Л.
о Подставив (11.3) и (11.10) в (11.7), получаем (11.9) (11.10) ( 9(Л) (б(Л) вЛ оа ааЛ7лах о ~о(Л) аЛ о (11.11) 5Ы 7,0 о,в о,б 0,2 Ряс. 11.4. К расчету коэффпцпепта яспольэовапня потока получения: ао 1 — функция 9(Л); 2 — функциями(Л)(б(Л); 9 — площадь Фаьф =1 9 (Л)~р(Л)ВЛ; ОО о 4 — площапь Ф = 1' р(Л) ВЛ; 5 — функция 97(Л) о Числнтельв (11.11) называется эффективным для данного приемника потоком излучения, а отношение интегралов — коэффициентом использования. Эффекпшньщ поток Фа,ф составляет ту часть полного потока излучения, которая вызывает реакцию приемника (например, протекание тока в выходной цепи) .
Козффиииенг использования потока излучения, равный отношению эффективного к полному потоку излучения К = Фа,ф(Фа, показывает, какую часть сложного потока излучения составляет эффективный для данного фотоприемника поток. Зная спектральные характеристики фотоприемника и излучателя, можно графически определить коэффициент использования как отношение плошади, ограниченной кривой Я (Л) (б(Л) и осью абсцисс, к площади под кривой р(Л) (рис. 11.4). Очевидно, что световой поток является зффекпшным потоком любого излучателя с заданной функцией спектральной плотности р(Л) для приемника, имеющего относительную спектральную ха акт ЭиIЪ ' р ерис ку ® , сбвпадающую с характеристикой человеческого глаза.
Если правую часть уравнения (11.5) умножить и разделить на сложньй поэок излучения (11.3), то получим зависимость, связьвающую световой поток с полным потоком излучения любого источника: Ф» = 680Фе»Ь где э) — коэффициент использования глаза или КПД глаза, ( Л ) К ( ) ) о Фс (11А2) Отношение Ф»/Фс = 6805) называют световой отдачей источника излучения. Таким образом интегральная и спектральная чувствительности связаны через коэффициент. использования потока се = сеЛюахК. (11.13) Чтобы вычислить интегральную чувствительность фотоприемника по отношению к произвольному реальному источнику Яср по известному значению интегральной чувствительности к потоку излучения эталонного источника Яс„можно воспользоваться выражением зго ° 5ер сеэ (11.14) з эо ~с ° Г 5(Л)рА(ЛИЛ э Ф» ОО зА 680 Г у(Л)у (Л)лЛ о А (11. 15) д р4 (Л) — спектральная плотность потока излучения, а Ф»,1 — световой поток источника типа А.
Световая чувствительность измеряется в амперах на люмен. Н а рис. 11.5 представлены спектральные характеристики: источника типа А 55 (Л), человеческого глаза К(Л) и условного фотоприемника Я(Л). ()тношенне интегралов в (11.15) можно вычислить графически как отношение заштрихованных площадей П~ГПз на рисунке. Для вычисления КПД глаза к излучению источника типа А э), необхо- 142 где Кр и К, — коэффициенты использования данным приемником потоков излучения соответственно реального и эталонного источников. Для электровакуумных фотоэлектронных приборов широко используется параметр световая чувствительность Я» .
Световой чувствительностью назьвается интегральная чувствительность к световому потоку источника типа А Ряс. 11.5. К расчету световой чуэстеитсяьносв 5;Л))злц)э Ыцр„Л1„,„, я КПВ гааза: Пз — поошаль Г Я(Л)~рА(Л)АЛ1 о ОО 0,0 Пз — оаоюзль Г 1 (Л)55А ()0ЫЛ о димо взять отношение площади Пг к пло 04 п)алд,под кривой 554 (л), следУет Учесть, что на интервал спектра 300 — 1000 нм, приведенньй на рисунке, приходится 25% полного потока излучения эталонного источника.
300 500 700 Л, ~н Интетральная чувствительность электровакуумного фотоэлектронного прибора к потоку излучения эталонного источника связана со световой чувствительностью через КПД глаза Лез = 680») 8» Подставив значение э), = 0,0246, получим сез 166»» ° (11.16) Кроме спектральных характеристик злектровакуумных фотоэлектронных приборов представляют интерес световые, вольт-амперные и частотные характеристики. Световой характеристикой называется зависимость выходного тока прибора от потока прн неизменном его спектральном составе и постоянном напряжении на электродах 1 = Г (Ф) .
Вольт.амперной характеристикой называют зависимость выходного тока от напряжения, приложенного к фотоэлектронному прибору, при неизменном падающем потоке 1 = Г((Г) . Частотной (амплитудно-часгогиой) характеристикой назьвается зависимость чувствительности прибора от частоты модуляции падающего на него потока, При отсутствии облучения чувствительного элемента прибора и поданном напряжении на его электроды в выходной цепи протекает гемновой гож В электровакуумных фотоэлектронных приборах темновой ток обусловлен термоэлектронной и автозлектронной эмиссией электродов и конечным значением сопротивления между электродами (ток утечки) . При низких уровнях облученности ток от полезного сигнала может оказаться меньше темпового тока. Значение темпового тока в значительной мере определяет минимальный поток, который может быть принят фотоэлектронным прибором.
Кроме полезного сигнала на выходе фотоприемника всегда имеется хаотический сигнал со случайными амплитудой н частотой — шум при- 143 бора. Шумы в злектровакуумных фотоэлектронных приборах обуслрвлены дробовым эффектом, фликкер-эффектом и флуктуацнями)самого падающего потока. Радиационный (фотонный) шум, вызванный флуктуациями чйсла фотонов, приходящих на фотоприемник, учитывают, как правило, при наличии постоянной фоновой засветки, существенно превышающей полезньй сигнал. Основными шумами в злектровакуумных фотоэлектронных Приборах, как и в электронных лампах, являются дробовой шум и флйккершум. Среднеквадратическое значение шумовых токов можно найти из (10.!) и (10.3), если под 1, понимать анодный (выходной) тоц' фотоэлектронного прибора. Пороговым поюком Ф„или порогом чувствительности фотоэлектронного прибора считается такой поток излучения Фг„или сдетовой поток Ф„„, который вызывает на выходе прибора ток, ранней амплитуде среднеква1дэатического суммарного шумового тока, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
