электровакуум.приборы (1084498), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Вносимый усилителем шум определяется тепловым шумом иагрузочного резистора 11и фотоэлемента и шумами активного элемента усилителя, например электрометрической лампы, которые равны тепловому шуму его эквивалентного шумового сопротивления 12ш,акв (см. 8 10.1): и„',д = 4кТдТЯн+ Яш,вкв). При измерении фотоэлементом слабых потоков всегда выполняется неравенство 1тн >) Ящ,вк„поэтому можно считать, что вносимые усилителем шумы будут определяться только тепловым шумом сопротив.
пения нагрузки. Если частота модуляции регистрируемого потока излучения превы. шает несколько десятков герц и фликкер-шумом можно пренебречь по сравнению с дробовым шумом фотоэлемента, то средиеквадратическое значение суммарного шумового напряжения будет йщг = 2е1 „Я„дТ + 41стк„дТ, где, м х — суммарный ток, протекающий иа выходе фотоэле мел 162 Ток 1 „включает в себя токи от воздействия измеряемого пото. ка Ф, фоиового потока Ффн, атакжетемиовой ток 1„,„: 1вых Фу+ Ффн5фн 1тем где о' и Яфи — чувствительности фотоэлемента к измеряемому и фоновому потокам излучения соответственно. При измерении фотоэлементом потоков излучения, близких к пороговому, в отсутствие фоновых засветок темиовой ток за счет термоэлектронной эмиссии фотокатода значительно превосходит ток от измеряемого потока, поэтому 1вмх 1тсм.
Если обеспечить режим работы фотоэлемента, при котором шумы, вносимые усилителем, окажутся много меньше собственных шумов фотоэлемента 42сТТт ДТ' 4 2е1тамй„'Д|, (13.2) то прибор будет обладать наилучшей пороговой чувствительностью. Такой оптимальный режим работы фотоэлемента для измерения предельно слабых потоков обеспечивается при высоком сопротивлении нагрузки. Из (13.2) получаем 1 Я„> йТ1(е. При комнатной температуре 21сТ1 е = 0,05 В и условие оптимального режима работы фотоэлемента приобретает следующий вид: 11н ~ Юртам. (13.3) Пороговый поток фотоэлемента, работающего в оптимальном режиме, будет определяться только собственным шумом фотоприемника и согласно (11.17) может быть найден (13.4) При наличии фоновой засветки пороговый поток увеличится Фп,фи Увеличение сопротивления нагрузки приводит к уменьшению граиичиой частоты модуляции сигнала 1см.
(13.1)), поэтому иа практике оптимапьиьй режим обеспечивается только при измерении медленно меняющихся потоков. Однако в этом случае нужно учитывать фликкер-шумы фотоэлемента. В общем случае, когда выполнить неравенство (13.3) не представляется возможным, пороговьй поток фотоэлемента определяется выраже- нием 163 Пороговые потоки измерительных фотоэлементов с малыми темновыми токами достигают 10 — 10 ' лм, Контрольные вопросы и задания 1. Опишите основные конструкции вакуумных фотоэлементов в зависимости от их назначения. 2.
Объясните ход вольт.амперных характеристик фотоэлементов. 3. Какие факторы ограничивают предел линейности световой характеристики фотоэлементов? 4. Как выбрать сопротивление нагрузки фотоэлемента, чтобы фототок бьш пропорционален падающему на фотокатод потоку? 5. Что такое утомление и старение фотоэлементов? 6. Какие существуют методы уменьшения темпового тока фотозле. ментов? Покажите схему включения фотоэлемента с охранным кольцом.
7. Какой режим работы фотоэлемента называется оптимальным при регистрации предельно малых потоков? Приведите выражение для порогового потока. 8, Почему наилучшую пороговую чувствительность фотоэлемента удается реализовать только при низкой частоте модуляции потока? Глава четырнадцатая ФОТОЭЛЕКТРОННЫЕ УМНОЖИТЕЛИ 14.1. УСТРОЙСТВО И ПРИННИП РАБОТЫ ФОТОЭЛЕКТРОННОГО УМНОЖИТЕЛЯ Фотоэлектронные умножигели (ФЭУ) — это электровакуумные приборы, в которых ток фотоэлектронной эмиссии усиливается посредством вторичной электронной эмиссии. При измерении очень слабых потоков излучения выходной сигнал фотоэлементов приходится усиливать. Пороговый поток фотоприемного устройства с фотоэлементом, как было показано в й 13.2, во многом зависит от оптимального согласования фотоэлемента с входной цепью усилительного устройства, что часто связано со значительными трудностями, Такие важные параметры фотоприемного устройства, как широкополосность и порог чувствительности, в значительной мере определяются параметрами усилителя, Поэтому на практике очень редко удается реализовать предельные возможности электровакуумного фотоэлемента.
Существенными преимуществами при измерении слабых сигналов обладают ФЭУ, в которых фотоэлемент сочетается с встроенным в общий баллон усилителем фототока. Для усиления тока используются змиттеры вторичных электронов — диноды. Усилитель тока, построен- !64 Рвс, 14.1. Устройство я схема включения ФЭУ ный на динодах, называют вторично-электронным умножигелем. Он состоит из ряда последовательно расположенных динодов, каждьй из которых имеет потенциал более высокий, чем предыдущий. Напряжение мехсцу любыми динодами должно быть достаточным для того, чтобы коэффициент вторичной эмиссии о бьш больше единицы. Вторично- электронный умножитель можно' использовать в приборах с любым источником первичных электронов, но наиболее широкое распространение он получил в ФЭУ. Схематическое изображение ФЭУ приведено на рис.
14.1. Основными элементами конструкции ФЭУ являются катодная камера, умножительная система (вторично-электронный умножитель), анод и баллон. Катодная камера включает в себя фотокатод 1 и электронно оптическую систему 2, обеспечивающую сбор электронов со всей поверхности фото- катода на первый динод 3 умножительной системы. Электронный поток, количество электронов в котором увеличивается по мере движения от динода к диноду, пройдя умножительную систему, поступает на анод 4, представляющий собой металлическую пластину„штырь или мелкоструктурную сетку. Баллон ФЭУ вЂ” это, как правило, стеклянный цилиццр, с одной стороны которого находится оптическое окно, а с другой — многоштырьковая ножка.
Приваренные к электродам ФЭУ вводы могут иметь гибкие или жесткие наружные части. На боковую поверхность баллона ФЭУ иногда наносят светонепроницаемое покрьпие, защищающее фотокатод и диноды от внешних засветок. Напряжение на электроды ФЭУ подается через делитель, встроенный или внешний, входящий в блок питания ФЭУ. Поток излучения, падающий на фотокатод, частично поглощается и вызьвает фотоэлектронную эмиссию. Эмиттируемые электроны ускоряются и фокусируются в катодной камере на первый динод. Часть электронов не попадает на поверхность дннода из-за несовершенства электронно оптической системы катодной камеры.
Эффективность сбора фотозлектронов 7 на первый динод представляет собой отношение количества электронов, достигающих первого динода, к числу электронов, эмиттированных фотокатодом. При пролетах меж- 165 ду динодами часть электронов также рассеивается. Отношение числа электронов, змиттированных с динода и участвующих в процессе даль ей ьч не щего умножения, к полному числу электронов, вылетевших с ди- ' нода, назьвается эффективностью каскада усиления 7. Поверхность, первого динода с коэффициентом вторичной эмиссии о, бомбардируют в единицу времени 7„л„электронов, поверхность второго динода с ко- эффициентом вторичной эмиссии оз — 7 л„7, о, электронов. Па третий динод попадают т„н„т,о 7,о, электронов и т. д.
Количество электрос нов, достигающих анода ФЭУ, равно произведению л,= 7 й о171, 1=1 где гл — число дннодов; о — коэффициент вторичной эмиссии 1-го динана; 71 — эффективность 1 -го каскада усиления. Произведение 7,. о,. называется коэффициентом усиления каскада П ин р имая во внимание, что аноднмй ток 74 =ея, ток фогокатода 1 к = ел„, а у современных ФЭУ 7 = 1, получаем выражение для коэффиниента усиления ФЭУ ю М= ГЫ1„= П о,.
7,. 1=1 Если предположить, что коэффициенты усиления всех каскадов одинаковы,т. е. а, =от =...=о,7~ — тг — ° = 7, полУчим М = (7о) Умножнтельная система современных ФЭУ включает в себя 7 о 1 се от до 4 динодов, имеющих коэффициент вторичной эмиссии от 3 до 8. Эффективность сбора каскада усиления ФЭУ лежит в пределах 0,7— эфж ци нт усиления ФЭУ в зависимости от их назначения может быть от 10 до 10'.
Среднее значение выходного (анодного) тока ФЭУ, как правило, не превышает нескольких миллиампер. Для того чтобы ток динодов, протекая через сопротивления делителя, не приводил к заметному изменению напряжения между каскадами, сопротивления резисторов в делителе не должны быть очень большими.. Поэтому на практике задаются током делителя, в 10 — 100 раэ превышающим ток последнего динода.
14зи ЭФФЕКТИВНЫЕ ЭМИТТЕРЫ ВТОРИЧНЫХ ЭЛЕКТРОНОВ Эффективными змиттерами вторичных электронов являются материалы, обладающие высоким коэффициентом вторичной эмиссии при сравнительно небольших энергиях первичных электронов. От материа- 166 ла эмиттера требуется термостойкость, его свойства не должны изме- няться при электронной бомбардировке.
Термоэлектронная эмиссия динодов, влияющая на уровень темпового тока, должна быть по возмож. ности малой. По аналогии с массивными и полупрозрачными фотокатодами змит- теры вторичных электронов также могут работать на отражение, ког- да вторичные электроны эмиттируются навстречу первичным, и яа про- стрел — первичные электроны бомбардируют одну сторону топкого эмнттера, а вторичные электроны выходят с другой стороны. Подавляю- щее большинство промышленных ФЭУ имеют диноды, работающие на отражение. Они бьвают двух видов: пленочные и сплавные.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
