электровакуум.приборы (1084498), страница 36
Текст из файла (страница 36)
При выборе сопротивления нагрузки необходимо обратить внимание на то, чтобы рабочая точка не выходила за пределы области насыщения характеристик (рис. 14.11). Темновой ток ФЭУ имеет следующие составляющие: уснленньзй умножительмой системой ток термоэлектроиной эмиссии фотокатода, электродов катодной камеры и первых одного-двух динодов (вклад токов термоэмиссии остальных динодов мал, так как эти токи проходят меньше каскадов усиления); ток автоэлектромной эмиссии динодов, который также может усиливаться умножительной системой; ток утечки между анодом и остальными электродами; токи, вызванные ионной и оптической обратными связями (эти токи у словно относятся к темновым, так как их значение определяется плотностью электронного потока в ФЭУ) .
175 бэ17 с« ~э з 1000 700 э э з„б,лм 70 'с 1с,икя ,700 бо Оп 00 70 70п 200 поп и„,й '70 воо 7000 7гоп и,в 7 та оп 7600 гппп и,в '1'э экв 1тем(Ву ° 177 Рис. 14.10. Зависимость световой анопиой ч ствительности ФЭУ от напряжения лита Рис. 14.11. Аиопиыс характеристики ФЭУ лри двух фиксированных значениях потока излучения Вклад в темновой ток анода каждой из перечисленных составляющих зависит от электрического режима работы ФЭУ.
Все темновые токи растут при увеличении напряжения питания ФЭУ. На рис. 14.12 представлены зависимости суммарного темпового тока и световой анодной чувствительности ФЭУ от подаваемого напряжения питания. При небольших напряжениях (область 1 ), когда коэффициент усиления ФЭУ мал, основной составляющей является ток утечки, который пропорционален .напряжению питания. Ток от полезного сигнала, пропорциональный анодной чувствительности, растет с увеличением напряжения по степенному закону, т. е.
быстрее роста темпового тока. В области Н основной вклад в темновой ток дает термоэлектронная эмиссия фото- катода и электродов катодной камеры. Скорости роста темпового тока и сигнала в этой области одинаковы. В области РПтемновой ток в основном определяется автозлектронной эмиссией, которой характерна очень резкая зависимость от напряжения.
Возможности ФЭУ принимать слабые сигналы зависят как от значе. ния темпового тока, так и от значения аноплой чувствительности. Для оценки влияния темпового тока на отношение сигнал — помеха этот ток приводят к входу прибора. Световой (энергетический( эквивалент твмиового гока — это световой поток (поток излучения), падающий на фотокатод ФЭУ и вызываю. щий анодный ток, равный темновому току Очевидно, что для получения наибольшего отношения сигнал — помеха Ф„(Ф„,к, необходимо выбрать режим работы ФЭУ, при котором 170 Рис. 14.12. Зависимость световой аиолной чувствительности и темпового тока от напряжения литания Рис 14.13. Зависимость светового зквивалсн000 000 7000 7700 О,В татсмиового токаотналряжсиия литания световой эквивалент темпового тока будет наименьшим.
На рис. 14.13 приведена зависимость Ф„,„=1(П), полученная путем деления ординат кривых, представленных на рис. 14.12. Максимальное отношение сигнал-помеха соответствует области П графика функции 1„м = ЙП) Дия снижения темпового тока ФЭУ используют те же способы, что и для уменьшения темпового тока фотоэлемента. Пороговый лоток ФЭУ зависит от чувствительности к потоку излучения данного спектрального состава и суммарного шумового тока на выходе прибора. Среднеквадратическое значение дробового шума на выходе ФЭУ можно найти по формуле 7.',~ = 201.М'(В+ 1)2(, где 1„— ток фотокатода, равный сумме токов от воздействия измеряемого и фонового потоков, а также тока термоэлектронной эмиссии; 1 +  — фактор шума, характеризующий вклад, вносимый в уровень дробового шума умножительной системой.
Дробовой ток создает на сопротивлении нагрузки напряжение шума, среднеквадратическое значение которого ,з = 2 1 ~з(В+1) 7гг 1('. При расчетах фактор шума, как правило, принимают равным 2,5. Суммарный шум на выходе ФЭУ является суммой среднеквадратических значений дробового шума, теплового шума нагрузки и шума активного элемента усилителя "ш = 201кМ'(В+ 1)ВнД(+ 47©2%и+ Вш,экв) 0(.
Шумом активного элемента усилителя можно пренебречь, так к обычно 77„» В Условие оптимального режима работы ФЭУ, при котором шуь)ьц вносимые усилителем, оказываются много меньше собственных 1)зумов ФЭУ, можно найти из неравенства 2еТкМ(В+1)Вй4Г» 47гТЯндеГ При измерении потоков излучения, близких к пороговому, в отсутствие фоновых заев еток основной составляющей тока фотокатода является его темновой ток (ток термоэлектронной эмиссии).
Тогда можно записать условие оптимального режима в виде 0,05 Мт(В+1)тк те и отличие от фотоэлемента (см. (13.3)) это условие выполняется при любых используемых на практике сопротивлениях нагрузки (начиная с сопротивлений, превышающих несколько десятков ом). Поэтому высокая пороговая чувствительность ФЭУ реализуется в широком частотном диапазоне. Пороговый поток ФЭУ на основании (11.17) можно вычислить по формуле (14.1) Фп нлн (14.1а) где Як — чувствительность фотокатода. Сравнивая выражения для пороговых потоков фотоэлемента (13.4) и ФЭУ (14.1), можно отметить, что при выполнении условия оптимального режима фотоэлемент имеет лучшую пороговую чувствительность, однако она реализуется только на очень низких частотах модулянни потока.
Для удобства расчетов преобразуем (14.1) таким образом, чтобы входящие в него параметры можно было найти в паспорте прибора. Тогда формулу для расчета приведенного к единичной полосе частот порогового потока можнО представить в виде Ф =10е где Ттем — темновой ток анода ФЭУ 7тем Тк,темМ 178 Если заданы световые чувствительности анода йт и фотокатода „„, то пороговый световой поток источника типа А Ф„п А будет измеряться в лм Гц Пз.
При наличии фоновой засветки приведенный пороговый поток можнц найти по формуле э Ффнуфн+ ттем 'Ф = 10' п1фн / к Ффнуфн Фпе / = + ттем где Яфн — чувствительность ФЭУ к фоновому потоку излучения. )4.5. ИМПУЛЬСНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ФЭУ (йирокое применение ФЭУ нашли в ядерной физике в качестве элемента сцинтилляционного счетчика, Счетчик состоит из сцинтиллятора— вещества, высвечивающего при поглощении ионизирующего излучения, ФЭУ, преобразующего вспьппки сцинтиллятора в короткие электрические импульсы, и регистрирующего устройства, измеряющего количество импульсов в единицу времени или их амплитуду. Число вспышек в сцинтилляторе пропорштонально количеству поглощенных частиц, а интенсивность вспышек — энергии часпщ.
Эффективность применения ФЭУ в сцинтилляционных счетчиках характеризуется следующими параметрами: амплитудным разрешением, временяйм разрешением и энергетическим эквивалентом собственных шумов. Собственное амплитудное разрешение. Флуктуации процесса фотоэлектронной и вторичной эмиссии диодов приводят к тому, что вспышкам одинаковой интенсивности на входе будут соответствовать электрические импульсы различной амплитуды на выходе ФЭУ. Собственное амплитудное разрешение ФЭУ вЂ” это способносп различать близкие по интенсивности световые импульсы.
Для оценки системы сцинтиллятор — ФЭУ используется параметр "энергетическое разрешение", который показывает способность различать близкие по энергии кванты гамма излучения. Очевидно, что этот параметр во многом зависит от собственного амплитудного разрешения ФЭУ, которое определяется двумя основными характеристиками — интегральным и дифференциальным спектрами амплитуд. Интегральный спектр амплитуд характеризуется зависимостью скорости поступления импульсов на выходе ФЭУ (скорости счета) от амплитуды импульсов н„п =у(У„) . Ординате лн и каждой точки графика соответствует скорость счета импульсов, амплитуда которых превышает заданное пороговое значение 11п, Импульсы на выходе ФЭУ реги- 179 "имо ~ламп!Лр Рнс.
14.14. Интегральные амплитудные спектры идеального и реального ФЭУ Рнс. 14,15. дифференциальные амплитудные спектры цпеального и реального ФЭУ стриууются электронным устройством с регулируемым порогом чувствительности — амплитудным дискриминатором, который пропус. кает только импульсы с амплитудой, превышающей заданное значсние порогового напряжения. На рис. 14.14 приведены интегральные спектры идеального (кривая 1) и реального (кривая 2) ФЭУ. Идеальным считаем ФЭУ, у которого отсутствуют флуктуации фотоэлектронной и вторичной эмиссии и коэффициент усиления не претерпевает мгновенных изменений, При подаче на вход такого ФЭУ световых импульсов одинаковой интенсивности все импульсы на выходе будут равны по амплитуде.
Для оценки собственного амплитудного разрешения ФЭУ чаще пользуются дифференциальным спектром амплитуд — графиком зависимости скорости счета импульсов с амплитудой, укладывающейся в небольшой интервал, от амплитуды импульсов с1лимп/г7(Г =а((гимн) Дифференциальный спектр измеряется одно- и многоканальными амплитудными анализаторами (дифференциальными дискриминаторами) .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
