Федосеева - Основы электроники и микроэлектроники (989598), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Эти преобразователи основаны иа использовании фоторезисторов, фотодиодов и фототраизисторов. Изготовление приборов с зарядовой связью осуществляется иа базе МОП-структур при полупроводииковой технологии. Используется их способность собирать, накапливать и хранить заряды иеосиовиых носителей в локальных областях у поверхности полупроводника. Заряды возникают под действием света и путем управляемого перемещения этих областей последовательно цереиосятся к выходному устройству, которое преобразует их в последовательные электрические видеосигналы. В рассмотренных системах преобразования оптического изображения в электрические сигналы в качестве сигнала используют мгновенное значение фототока только от одного передаваемого элемента изображения и лишь в течение времени передачи этого элемента.
Световой поток, падающий иа другие элементы изображения, и вызываемый им фототок в этом случае ие используют для образования сигнала. Такие системы называют системами мгновенного действия. В иих низка эффективность использоваиия светового потока, а также чувствительность системы. Повысить эффективиость использоваиия светового потока позволяют системы с бегущим лучом. В иих весь световой поток сосредоточеи в луче соответственно угловому размеру одного элемента изображения, ио световое пятно должно перемещаться по объекту по закону развертки изображения.
Контрольные вопросы 1. Нарисуйте схематическое устройство электроннолучевой трубки с электростатическим управлением и объясните назначение ее основных узлов. 2. В чем заключаются развертка электронного луча и получение на экране изображения исследуемого сигнала? 3. Объясните принцип фокусировки и отклонения луча в электроннолучевой трубке с магнитным управлением. 158 4. Что представляет собой кинескоп? Какие виды кинескопов существуют и каковы особенности нх устройства? 6. Объясните принцип действия кмнескопов черно-белого и цветного изобра.
жений. 6. Назовите основные параметры электроннолучевых трубок. 7. Объясните принцип действия передающей телевизионной электроннолучевой трубки. глава зйс ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ФОТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРНЕОРЫ 3.2.1. Виды фотоэффекта. Фотоэлектроииая эмиссия Фотоэлектронным прибором называют электронный прибор, предназначенный для преобразования энергии оптического излучеиия в электрическую.
Принцип действия этих приборов осиоваи иа изменении электрических свойств веществ под действием падающего иа иих излучения, в частиости видимого света. Фотоэлектроииые приборы разделяют иа электровакуумиые и полупроводниковые. Влияние света иа электрические свойства вещества носит иазвание фотоэффекта. Различают внешний и внутренний фото- эффект.
Внешний фотоэффект — это фотоэлектроииая эмиссия, т. е. испускаиие электронов с поверхности вещества под действием энергии падающего света; иа этом основан принцип действия электровакуумиых фотоэлектронных приборов — фотоэлементов и фотоумножителей. Внутренний фотоэффект может быть двух видов: фоторезистивный эффект — уменьшение электрического сопротивления полупроводиика под действием падающего света; фотогальваиический эффект — возникновение иа р-л переходе под действием падающего света разности потенциалов, называемой фото-з.д.с. Иа внутреннем фотоэффекте основан йриицип действия полупроводииковых фотоэлектроииых приборов. Фотоэффект объясняется изменением эиергетического состояиия свободных электронов в металле, а также атомов в кристалле полупроводника при поглощении энергии излучений.
Энергия оптического излучения выделяется и поглощается кваитами— фотонами, а распространяется волнами, как электромагнитные колебания. При поглощении фотонов валеитиыми электронами один электрон может поглотить только один фотон. За счет этого его энергия скачком увеличивается. Принцип действия электровакуумиых фотоэлектронных приборов основан, как было сказано, иа фотоэлектроииой эмиссии. Для выхода электрона из фотокатода в вакуум необходимо, чтобы электрон, имевший внутри катода максимальную энергию 159 )о'„„= Ит, !о мано ! во 0,76 ,50 40 0 О,! 02 0,3 0,4 Ф,лм а получим Иоо = е<ро, откуда 6-1ббэ 1б! йт!, поглотил энергию фотона не меньшую, чем работа выхода электрона для данного вещества.
Согласно квантовой теории, энергия кванта, в данном случае фотона, прямо пропорциональна частоте излучения: где и — частота излучения; И вЂ” постоянная Планка; И = 6,62 Х Х10 "Дж ° с. Частота и обратно пропорциональна длине волны излучения Л: Энергия фотона может быть выражена через длину волны излучения: где с — скорость света; с = 3 ° 1О' м/с. Например, коротковолновое излучение, соответствующее фиолетовым лучам видимого спектра с длиной волны Л = 0,38 мкм, несет энергию фотона 3,25 эВ, а длинноволновые красные лучи с Л = 0,76 мкм — энергию фотона 1,6 эВ. Минимальная частота то, при которой возможна фотоэлектронная эмиссия, называется порогом фотоэлектронной эмиссии. Ей соответствует длина волны Ло.
Ее величину для данного вещества можно найти из условия равенства энергии фотона и работы выхода: )т нв с Подставив сюда значения )ко= е!ро', )енн = Иоо и Ло = —, еэа Ис уО мм — И Ло — — —, И ече где И, с и е (заряд электрона) — постоянные; !ро — работа выхода в электрон-вольтах, зависящая от материала фотокатода. Для получения фотоэлектронной эмиссии в более широкой области видимой части спектра необходимы фотокатоды с малой работой выхода. 3.2.2. Законы фотоэлектронной эмиссии и характеристики фотокатода Простейшим электровакуумным прибором, преобразующим оптический сигнал в электрический, является фотоэлемент.
Он имеет два электрода: фотокатод и анод. На анод подается постоянное положительное напряжение относительно катода. Эмиттированные из фотокатода электроны движутся к аноду, создавая в цепи фототок Уо. Законы Столетова и Эйнштейна являются основными для фотоэлектронной эмиссии. ЛО Л 0,2 0.4 О,В О,В Л,мнм б в Рис. 3.14. Саетоаая (а) и спектральные (б, в) характеристики фотокатола Закон Столетова: величина фототока прямо пропорциональна световому потоку, падающему на фотокатод, при неизменном спектральном составе света: lо = ЯФ, где Ф вЂ” световой поток в люменах; 5 — коэффициент пропорциональности, называемый чувствительностью фотокатода и измеряемый в микроамперах на люмен.
Закон Столетова основывается на квантовой теории: больший световой поток несет в единицу времени больше фотонов, следовательно, большее число электронов может за это время поглотить по одному фотону и выйти из фотокатода в вакуум. Этот закон отражается световой характеристикой (рис. 3.!4, а). Световая характеристика — это зависимость фототока от светового потока при постоянном спектральном составе света и неизменном анодном напряжении: /о = ЯФ) при 1/.
= сопз(. Она представляет собой прямую линию, выходящую из начала координат; ее наклон зависит от чувствительности фотокатода. Закон Эйнштейна: максимальная кинетическая энергия вылетевшего из фотокатода электрона линейно возрастает с увеличением частоты падающего света и не зависит от его интенсивности. Поскольку разность энергии фотона и работы выхода превращается в кинетическую энергию электрона, то закон Эйнштеййа выражается уравнением пи' — = )Ркв — )Ры 2 где п1о'/2 — кинетическая энергия электрона.
Подставив в уравнение значения Ф'„, и )Р„ получим: — = Ьт — ечы 2 Это уравнение определяет линейную зависимость кинетической энергии электрона от частоты излучения т; остальные его элементы — постоянные для данного вещества. Максимальной кинетической энергией будут обладать те электроны, которые внутри фотокатода имели максимальную внутргию )Р. При )Р„, = %'Ф кинетическая энергия вылетевшего электрона равна нулю, а при )р„( )рг фотоэлектронная эмиссия невозможна. 3 Э" и тейпа подчиняется фотоэлектронная эмиссия из икону и ш чистых металлов сравнительно большей толщины. акую сию называют нормальной.
Однако эти фотокатоды не нашли применения из-за большой работы выхода, при которой нельзя получить эмиссию при облучении их видимой частью спектра. В фотоэлементах и фотоумножителях используют сложные тонкопленочные катоды, например сурьмяно-цезиевые, характеризующиеся избирательной фотоэлектронной эмиссией. Они обладают максимальной чувствительностью к лучам определенной части спектра. Чувствительность — основной параметр фотоэлектронного прибора.
Различают интегральную (световую) и спектральную чувствительность. Интегральная чувствительность — это чувствительность фотокат ода к суммарному, не разложенному в спектр, световому потоку. Она определяется как фототок, вызываемый общ товым потоком в 1 люмен: 5 = —. 7Ф Ф Для точного определения интегральной чувствительности в ка т честве источника света выбран стандартный излучатель— темэлектрическая лампа накаливания мощностью 100 Вт при мпературе нити 2850 К. Интегральную чувствительность можно определить по световой характеристике.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
