Федосеева - Основы электроники и микроэлектроники (989598), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Спектральная чувствительность — это чувствительность фото- катода к монохроматическому свету. Она определяется как фототок„приходящийся на 1 люмен светового потока данной длины волны: Спектральные свойства фотокатода определяют по спектральной характеристике, которая представляет собой зависимость спектральной чувствительности от длины волны излучения. Ях = 1(Х) при Ф = сопз(. При нормальной фотоэлектронной эмиссии спектральная характеристика отражает закон Эйнштейна (рис. 3.14, б): с увеличением 2., т.
е. уменьшением т, кинетическая энергия и скорость эмиттированных электронов уменьшается, следовательно, уменьшается фототок и чувствительность при Ф = сопз1. Фотоэлектронная эмиссия прекращается при 2Ф соответственно порогу ты При избирательной фотоэлектронной эмиссии спектральная характеристика имеет максимум в определенной части спектра. На рис.
3.14, в приведена в качестве примера спектральная характеристика сурьмяно-цезиевого фотокатода, используемого в фотоумножителях. Этот катод наиболее чувствителен к видимой части спектра (от желто-зеленых до сине-фиолетовых лучей); для него Хо = 0,7 мкм. 3.2.3. Фотоумножитель. Устройство н принцип действия Фотоумножителем называют электровакуумный прибор, преобразующий энергию оптического излучения в электрическую и содержащий фотокатод, анод и вторично-электронный умножйтель, в котором поток электронов умножается за счет вторичной электронной эмиссии. Вторично-электронный умножитель состоит из электродов, осуществляющих вторичную электронную эмиссию и называемых диподами.
Количество динодов может быть различным (от 1 до 18 — 20). Конструкция, расположение и электрический режим динодов таковы, что число вторичных электронов, эмиттируемых с их поверхности, превышает число падающих на эту поверхность первичных электронов. Фотоумножитель с одним динодом называют однокаскадным, а с несколькими— многокаскадным. Рассмотрим устройство и принцип действия многокаскадного фотоумножителя (рис. 3.15).
Фотокатод под действием света испускает первичные электроны, которые ускоряются электри- 6е 163 162 Анод Катод имад б Рис. 3.16. Однокаскадный фотоумножитель ФЭУ-1: а — устройство; б — условное графическое обозначение ров 1 1й 165 у ческим полем и падают на первый динод Д,. Динод под ударами первичных электронов испускает вторичные электроны, число которых больше, чем первичных. Для этого между динодом и фото- катодом создается напряжение порядка 100 — 150 В.
Вылетевшие из динода Д~ вторичные электроны ускоряются и направляются на второй динод Д,, для которого они первичны. В свою очередь динод Да испускает вторичные электроны и т. д. Каждый следующий динод должен иметь положительный потенциал, пре- фотонатод диноды Рис. 3.15. Усройство мнагакаскадного фотоумножителе вышающий потенциал предыдущего на 100 — 150 В. На анод приходит умноженный во много раз поток электронов, так что ток анода гораздо больше фототока катода; происходит внутреннее усиление тока. Коэффициент усиления тока равен: К= о", где и — количество динодов; о — коэффициент вторичной эмиссии, показывающий, сколько вторичных электронов эмиттируется под действием одного первичного. Соответственно, чувствительность фотоумножителя в К раз больше, чем чувствительность фото- катода и достигает 100 А/лм.
Недостатками многокаскадных умножителей являются высокое напряжение питания и большой собственный шум. В кинотехнике для воспроизведения звука с фотографических фонограмм нашли применение однокаскадные фотоумножители. Однокаскадный фотоумножитель имеет три электрода: фотокатод, динод и анод. Фотокатод служит для осуществления фотоэлектронной эмиссии. Динод — это вторично-эмиссионный электрод. Анод служит для ускорения первичных и вторичных электронов, а также для собирания вторичных электронов.
Устройство однокаскадного фотоумножителя типа ФЭУ-1, а также его условное графическое обозначение на схемах показано на .рнс. 3.16. Фотокатод в виде тонкого светочувствительного слоя нанесен на половину внутренней поверхности стеклянного баллона. На противоположной стороне баллона нанесен такой же по материалу, но небольшой по площади слой„являюба щийся динодом. Катод и динод — сурьмяно-цезиевые. В нутри аллона (ближе к диноду) расположен анод в виде редкой металлической решетки нз тонкой проволоки, натянутой на овальную металлическую рамку. Выводы трех электродов впаяны в пластмассовый цоколь. С 3.1 , а хема включения однокаскадного фотоум нож иге . 7, а) содержит две цепи: цепь анода н цепь динода.
В цепь а + Е Пвраичиыв алвнтроиы Вторичиыв алвнтроиы Рнс. 3.!7. Схема включении (а) и принцип действии (б) однокаскаднаго фотоумножители анода входят: источник анодного питания Е, нагрузка И межуток анод — катод; в цепь динода входят: источник питания Е, и промежуток динод — катод. В практических схемах оба электрода питаются от одного источника Е,; на анод подается +220 В, а на динод — +170 В относительно катода че ез гасящие резисторы.
да через Принцип действия однокаскадного фотоумножителя поясняет рис. 3.17, б, на котором схематически показаны: световой поток — пунктирными линиями, поток первичных электронов— у" тонкими сплошными линиями, а вторичных — толстыми линиями. Световой поток от источника света падает на катод и вызывает фотоэлектронную эмиссию.
Под действием ускоряющих электрических полей анода и динода первичные электроны с большой скоростью движутся к аноду. Незначительная часть электронов попадает при этом на анод, а основной поток электронов проходит сквозь редкую решетку анода и падает на динод, вызывая вторичную эмиссию с его поверхности. Вторичные электроны, эмиттированные динодом, движутся под действием ускоряющего электрического поля к аноду, потенциал которого выше, чем динода. Анодный ток создается главным образом вторичными электронами, попадающими на анод, так как число первичных электронов, падающих с катода непосредственно на анод, пренебрежимо мало по сравнению с числом вторичных электронов. Поток эмиттированных катодом первичных электронов создает в цепи фотокатода фототок /Ф, а поток вторичных электронов, попадающих с динода на анод, создает анодный ток 1,.
Вторичных электронов вылетает больше, чем падает первичных, в о раз (о — коэффициент вторичной эмиссии), поэтому 1. = о/Ф. Коэффициент усиления тока К, показывающий, во сколько раз анодный ток больше фототока, для однокаскадного фотоумножителя равен коэффициенту вторичной эмиссии: /а К= — =о. /Ф В оптимальном режиме К достигает 4 — 6. Во столько же раз увеличивается чувствительность однокаскадного фотоумножителя по сравнению с чувствительностью фотокатода: 5= /' =-~~Я-= К5ю где 5 — чувствительность фотоумножителя; 5Ф вЂ” чувствительность фотокатода, составляющая !ОΠ— !20 мкА/лм для сурьмяно-цезиевого фотокатода.
У ФЭУ-! чувствительность достигает 400 — 600 мкА/лм. 3.2.4. Характеристики однокаскадного фотоумножителя Анодный ток фотоумножителя, имеющего три электрода, зависит от двух напряжений — анода и динода — и от светового потока. Поэтому основными характеристиками такого прибора являются вольт-амперная, каскадная и световая. Для того чтобы снять эти характеристики, необходимо собрать электрическую схему (рис. 3.!8, а), в которой можно изменять напряжения анода и динода с помощью потенциометров, а световой поток от лампы накаливания — с помощью диафраг- мы Д с переменным диаметром отверстия. В схему включают измерительные приборы для измерения /„(/, и (/„.
Вольт-планерная (аноднал) характеристика — это зависимость анодного тока от напряжения между анодом и динодом (/„при постоянных значениях напряжения динода и светового потока (рис. 3.18, б): 1, = Я(/„) при (/, = сопи(; Ф = сопя!. эз — лов ! б =о,о! лм „,в / 'л в Рис. З.)8. Схема для снятия характеристин (а), асльт-амперная (6) и каскадная (а) характеристики фотоумножи- теля Для снятия этой характеристики устанавливают рабочее напряжение динода, равное 170 В, и постоянный световой поток порядка сотых долей люмена. При изменении анодного напряжения от нуля до величины, при которой (/.,= 0 ((/. = (/,), анодный ток практически остается равным нулю. С увеличением анод- ного напряжения, когда (/.х)0 ((/.)(/,), электрическое поле для вторичных электронов становится ускоряющим; все большее число их движется к аноду, вводный ток быстро растет, и характеристика идет круто вверх, пока ток не достигает величины тока насыщения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
