1629382485-048081f33d7067cb67d6bd3d4cee7eee (846428), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Эти приборы и рассматриваются в настоящейглаве.К о в тор ой группе принадлежат фоторезисторы, полупроводниковыеф от оэлем ент ы , солнечные бат ареи, ф от одиоды , фототранзисторы и др. П олупроводниковы е фотоэлектронные приборы рассматриваются в гл. 14.О соб у ю груп пу составляют электронно-лучевые фотоэлектронные приборы — передающ ие телевизионные трубки, в которых сочетаются характерные особен н ости электронно-лучевых приборов с использованием фотоэлектронной эмиссии или явления фотопроводимости.
Ввиду особой специфичности этих приборов, связанной с принципами работы и устройствомтелевизионной аппаратуры, передающие телевизионные трубки изучаютсяв курсе «О сновы телевидения».У сл овн ы е графические обозначения фотоэлектронных приборов устанавливаю тся ГО С Т 7624-62, а термины и определения для фотоэлементов и фотоэлектронны х умножителей = ГОСТ 20526-75.Л учи стая энергия. Этот термин обычно используется для характеристики энергии излучения электромагнитных колебаний в оптическом диапазоне в ол н , охватывающем видимую, ультрафиолетовую и инфракраснуюобласти сп ек тр а . Лучистую энергию IV обычно измеряют в дж оулях илиэлектронвольтах (1 Д ж = 6 ,2 9 -101® эВ ).М ощ ность потока лучистой энергии называют лучистым потокомп измеряют в ваттах (1 Вт = 6,29 -10 18 э В /с).
Лучистый п оток , оцениваемый по зрительному ощущению человека, называют световым пот оком Ф,за единицу измерения которого принят люмен (лм). Эталоном световогопотока в один люмен служит, полый излучатель (абсолю тно черное тело)с площадью излучающего отверстия 5,3 -К Г 3 см 3 и находящ ийся при температуре затвердевания платины (Т = 2046 Ц).Глаз человека обладает различной чувствительностью к световы м потокам разных длин волн.
Максимальной чувствительностью глаз обладаетк излучению с длиной волны X ~ 0,555 мкм (зеленая часть сп ектр а). Этучувствительность принимают равной единице (Я^макс = 1 ) 11 оцениваютчувствительность глаза к излучениям других длин волн от н оси т ел ьн ойчувствительностью К-,, выражаемой в долях от величины К у мак(..Световой поток в один люмен при излучении с длиной волны X = 0,555 мкмравен 1/683 Вт.В случае немонохроматпческого излучения световой поток определяется интегралом но всему спектру излученияСОФ = 683 ^ ^ (X) К х (X) сСХ.(6-2)Отношение светового потока к лучистому потоку называют световойотдачей, лм /В т:оои Р (X) К к (X) А* = - £ - = 683 - 5 - _ -------------------.(6-3)V (Я) АХПространственная плотность светов ого потока называется си л ой свет а(м )за единицу которой принята кандела — световой поток в один люмен в телесном угле (о, равном одному стерадиану.6-2.
Ф О Т О Э Л Е К Т Р О Н Н А Я ЭМИССИЯОпределение.Ф отоэлектронной называют эмиссию,обу сл овл ен н уюисключительно действием электромагнитного излучения, поглощ енного твердым или жидким телом, и не свя зан н ую с его нагреванием.Катод, действие которого основано па использовании ф отоэл ектроннойэмиссии, называют фотоэлектронным кат одом .Законы фотоэлектронной эм иссии.
Закон А . Г. Столетова устан авл и вает, что количество эмпттируемых электронов и, следовательно, ф ототокнасыщения 1ф пропорционален световом у потоку, облучаю щ ем у тело:1ф = пфе = К Ф .(6-5)Здесь пф — число эмиттируемых фотоэлектронов в единицу времени;Ф — световой поток; К — коэффициент пропорциональности.Согласно закону А. Эйнштейна кинетическая энергия эмиттированны хэлектронов является функцией частоты V световых колебаний и не зависитот интенсивности светового потока:—75— = ¡IV — Е 0.Здесь Ь\ — энергия фотона; Е , — работа выхода электрона.Эти два закона являются основными законами фотоэлектронной(6- 6)эм иссии.Эмиссия с поверхности металлов может возникнуть даже при температу р е, близкой к нулю, так как электроны, находящиеся на энергетическиху р овн я х вблизи уровня Ферми, получив энергию фотонов, смогут совершитьр а боту вы хода.Ф изические явления, сопровож дающ ие фотоэффект полупроводников,отличаю тся большей слож ностью .
Энергию фотона могут поглощать в полупроводнике не только электроны в зоне проводимости, но и электроны примесей, а такж е электроны валентной зоны. При комнатных температурахконцентрация электронов в зоне проводимости низка и поэтому фототокза счет эти х електронов мал. Ф отоэмиссия возрастает, если энергия фотонаоказы вается-достаточной для вы хода электронов с примесных уровней. Приувеличении энергии кванта возникает значительная эмиссия за счет электронов валентной зоны, которые об р а зую т большую часть фототока.П орог фотоэлектронной эм иссии. Если энергия фотона, полученнаяэлектроном , окаж ется израсходован ной на совершение работы выхода(hv = Е 0), то кинетическая энергия эмиттированного электрона равна нулю.Если ж е hv > Е 0, то согласно выражению (6- 6) электрон будет обладатьнек оторой кинетической энергией, равной остатку неизрасходованной энергии фотона.Очевидно, по мере уменьшения частоты v монохроматического излучения энергия кванта падает и для какого-то значения v = v„p кинетическая энергия эмнттированных электронов окажется равной нулю.
Частота v 1(p = сДкр называется п орогом фотоэлектронной эм иссии. Из (6- 6 )легко видеть, что для разных веществ, обладающих различной работойвы хода, v Kp отличается по величине. Таким образом, для каж дого веществафотоэлектронная эмиссия возникает лишь при определенной частоте v Kpи возрастает с увеличением v; при этом оказывается возможным выход электронов с более низких энергетических уровней. Ф отоэлектронную эмиссию,характеризую щ ую ся непрерывным возрастанием фототока при увеличениичастоты v называют н орм альной.Концентрация примесей оказы вает существенное влияние на фотоэлектр он н у ю э м и с с и ю , а также на ч а стоту v Kp, которая сдвигается в сторонуменьш их v с увеличением концентрации примесей.Спектральная характеристика.
Следует, однако, заметить, что в зависим ости от строения кристаллической решетки, наличия примесей, чистотыповерхн ости и других факторов коэффициент поглощения световой энергииразличен для разных v. Изменения коэффициента поглощения сказываются,естественно, и на значении ф ототока. Зависимость фототока /,(, от частотыколебании v при Ф = const называется спект ральной характ ерист икойданного фотокатода.
Ф отоэлектронная эмиссия, которая характеризуетсясильно увеличенной чувствительностью фотокатода в узком интервале длинволн, называется избират ельной.Влияние внешнего поля. У сл ови я выхода фотоэлектронов с поверхности тел изменяются, если ф отокатод находится во внешнем электрическомполе. П одобно влиянию электрического поля на величину термоэлектронной эмиссии это объясняется уменьшением энергетического барьера, а такжеего суж ением, сопровож дающ имся возникновением туннельного эффекта.О собенно сильное влияние внешнее ускоряющее поле оказывает на фототоквблизи порога фотоэлектронной эмиссии, когда скорости большинства фотоэлектронов близки к нулю .6-3. Э Л Е К Т Р О В А К У У М Н Ы Е ФОТОЭЛЕМ ЕНТЫОпределение.Э л ект ровакуум ны м фотоэлементом называют прибор,электрические свойства к отор ого изменяются под действием падающегона н его излучения.В зависимости от степени разрежения газа различают электронныеи- ионные электровакуумные фотоэлементы.У стр ой ств о электровакуумны х фотоэлементов показано на рис.
6-1.Ф отокатодом служит тонкий слой светочувствительного вещества, нанесенный либо на часть впутрепней поверхностп стеклянного баллона, либона специальную пластину. Наибольшей распространение получили сложныефотокатоды, представляющие собой тонкий слой металла с окисленной поверхностью, на которой осажден одноатомный спой цезия. Из числа разнообразных фотокатодов чаще всего применяются к ислородно-цезиевы й и сур ьм я н оцезиевый. В большинстве случаев сурьмяно-цезиевый катод наносится на тонкую никелевую пленку-подлож ку.Анодом [прибора служит кольцо, помещаемое в центре баллона, илисетка, располагаемая вблизи пластинчатого катода.
Такое устрой ство анодане препятствует прохождению световы х лучей на фотокатод.Схема включения фотоэлемента представлена на ри с. 6-2. К атод прибора соединяется с минусом источника постоянного напряж ения Е , а анод —с плюсом. В цепь анода включается резистор нагрузки Нн . П од действиемсветового потока фотокатод эмиттирует электроны, к оторы е увлекаютсяположительным полем анода.Рис. 6-1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
