Федосеева - Основы электроники и микроэлектроники (989598), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Это происходит при анодном напряжении, превыц)ающем напряжение динода на 36 — 40 В. Дальнейшее увеличение анодного напряжения не вызывает роста анодного тока, 167 так как все вторичные электроны достигают анода. Горизонтальный участок характеристики, соответствующий насыщению, является рабочим. Устанавливая разные значения светового потока, можно получить семейство вольт-амперных характеристик. Чем больше световой поток, тем выше располагается рабочий участок характеристики.
По вольт-амперной характеристике можно определить интегральную чувствительность фотоумножителя. Для этого величину анодного тока 1, на рабочем участке (обычно при рабочем напряжении (/. = 220 В) следует разделить на величину светового потока Ф, при котором снималась характеристика: 5 = — ' мкА/'лм. Ф Каскадная характеристика — это зависимость анодного тока от напряжения динода при постоянных величинах анодного напряжения и светового потока (рис. 3.!8, в): 1. = 1(У„) при (/, = сопз(; Ф = сопз!. При снятии этой характеристики устанавливается постоянное анодное напряжение, равное рабочему напряжению 220 В, и световой поток порядка сотых долей люмена. При (/, = 0 все первичные электроны идут на анод; даже электроны, пролетевшие сквозь анод, возвращаются к нему.
Поэтому анодный ток 1, равен фототоку катода 1„= /ю С увеличением напряжения (/, часть электронов, пролетая сквозь решетку анода, достигает динода, вызывая вторичную эмиссию. При небольшом напряжении (/, количество эмиттируемых вторичных электронов еще невелико, но все же коэффициент вторичной эмиссии а ) !. Все вторичные электроны движутся на анод, имеющий значительно больший потенциал, и анодный ток начинает медленно расти. При дальнейшем увеличении скорость и количество первичных электронов, падающих на динод, возрастают; следовательно, увеличивается количество вторичных электронов, растет анодный ток. Это происходит при увеличении (/, до определенной оптимальной величины (/, = (/„м„при которой анодный ток достигает максимального значения 1,„,„,.
При этом получается наибольшее значение коэффициента усиления тока и наибольшая чувствительность фотоумножителя. Рабочее напряжение динода задается равным оптимальному и составляет примерно !70 В. Дальнейшее увеличение (/, приводит к уменьшению анодного тока из-за того, что по мере приближения (/, к величине (/, уменьшается разность потенциалов между анодом и динодом, а следовательно, ослабляется ускоряющее электрическое поле для вторичных электронов.
Все меньшее число вторичных электронов !бв попадает на анод, и вводный ток уменьшается. При (/, = (/, ускоряющего поля для вторичных электронов нет, и все они возвращаются на динод. При этом вводный ток 1, становится равным нулю. По каскадной характеристике можно определить такие параметры фотоумножителя, как чувствительность и коэффициент усиления, а также чувствительность фотокатода. Для определения чувствительности фотоумножителя 5 необходимо взять отношение 1.„,„, к величине постоянного светового потока, при котором снималась каскадная характеристика: / макс Ф Чувствительность фотокатода Яф определяется как отношение фототока /ф к световому потоку: 3Ф Ф ф где 1ф — — 1, при (/а= О.
Коэффициент усиления вычисляется как отношение максимального анодного тока к току фотоэлектронной эмиссии: /ф зф' На динод с катода приходят первичные электроны, которые создают ток динода, равный фототоку 1ю В то же время с динода уходят на анод вторичные электроны, которые создают анодный ток 1,. Поэтому ток динода 1, в любом режиме равен разности анодного тока и фототока (пунктирная кривая 1, = 1((/а) на рис. 3.!8, в): 1а = 1а 1Ф. В частности„при (/„= (/„когда 1, = О, ток 1, = 1ю а при (/, = = О, когда !. = 1ю ток 1, = О. Снеговал характеристика фотоумножителя является эмиссионной характеристикой и представляет собой зависимость анодного тока от светового потока при постоянных напряжениях анода и динода: 1.
= 1(Ф) 'при (/а = сопи(; (/, = сопз!. Поскольку фотоумножитель — прибор электровакуумный, его световая характеристика подчиняется закону Столетова и имеет вид прямой линии, выходящей из начала координат под углом, зависящим от чувствительности прибора (см. рис. 3.(4, а). При больших световых потоках рост анодного тока несколько замедляется, так как скопдение движущихся к аноду вторичных электронов создает отрицательный объемный заряд, который тормозит движение этих электронов на анод.
Спектральная характеристика фотоумножителя определяется спектральной характеристикой его катода, в данном случае сурьмяно-'цезиевого (см. рис. 3,)4, в). Большая чувствительность этого катода к видимой части спектра отвечает требованиям воспроизведения фонограмм цветных кинофильмов. Частотные свойства фотоумножителя определяются его частотной характеристикой. Частотная характеристика — это зависимость чувствительности от частоты изменения светового потока. Процессы в однокаскадном фотоумножителе практически безынерционны, поэтому его частотная характеристика выражается горизонтальной прямой линией во всей области звуковых частот, а также на более высоких частотах до десятков килогерц.
Это позволяет успешно использовать фотоумножители в кинематографии для воспроизведения звука с фотографических фонограмм кинофильмов. К параметрам фотоумножителя кроме чувствительности относятся темновой ток, рабочее напряжение анода, рабочее напряжение динода. Темновой ток 1„ — это ток, протекающий в вводной цепи при отсутствии светового потока.
Причиной его появления может быть термоэлектронная эмиссия, происходящая при комнатной температуре, а также ток утечки между выводами электродов, Контрольные вопросы !. Назовите виды фотоэффекта и законы фотоэлектронной эмиссии. 2. Нарисуйте схематическое устройство многокаскадного и однокаскадного фотоумножителей и объясните принцип их действия. 3. Нарисуйте и объясните вольт-амперную н каскадную характеристики однокаскадного фотоумножителе.
4, Назовите основные параметры фотоумножителя и обънсните, как они определяются по характеристикам. 5. Нарисуйте и объясните световую и спектральную характеристики фотоумножителя с сурьмяно-цезневым катодом. ный электрон переходит в зону проводимости. В полупроводнике при этом происходит разрушение ковалентных связей, сопровождаемое генерацией пар электрон — дырка, за счет чего уменьшается его сопротивление. Если энергия фотона больше энергии ЛЯУ„то избыток энергии, полученной электроном, превращается в его кинетическую энергию.
В примесных полупроводниках наряду с этим за счет энергии фотонов может происходить ионизация атомов примеси, сопровождающаяся переходом валентных электронов на энергетические уровни атомов акцепторов в области р-типа и переходом электронов с уровней атомов доноров в зону проводимости в области л-типа. При этом увеличивается количество основных носителей заряда. К полупроводниковым фотоэлектронным приборам относят фоторезисторы, фотогальванические элементы, фотодиоды, фото- транзисторы и фототиристоры.
Фогорезисгором называют фотоэлектронный прибор, действие которого основано иа уменьшении удельного электрического сопротивления полупроводника под действием света или невидимого излучения — инфракрасного, ультрафиолетового. Основной частью фоторезистора является полупроводниковая пластина или фоточувствительный проводящий полупроводниковый слой на стеклянной подложке. Материалом для фоторезистора может служить сернистый кадмий, сернистый свинец, селенистый кадмий, селенистый теллур и другие.
Фоторезистор включают в цепь последовательно с источником питания. Он обладает омическим сопротивлением: ток через него пропорционален приложенному напряжению при постоянном световом потоке или без него. Проводимость фоторезистора одинакова в обоих направлениях. При отсутствии светового потока в цепи фаторезистора протекает небольшой темновый ток Темповое сопротивление фоторезистора )т, велико; его можно определить как отношение приложенного напряжения 0 к темновому току: Гиавв З.З.
ПОПУПРОЬОДННКОЬЫЕ ЯэОТОЬЛЕКТРОН$%1Е ПРНЬОРЫ 3.3.1. Фоторезнсторы и фотогальванические элементы В полупроводниковых фотоэлектронных приборах, использующих внутренний фотоэффект (фотогальванический или фоторезистивный), энергия фотона, поглощаемого валентным электроном, должна быть не меньше энергии, соответствующей запрещенной зоне Л)уг,, Получив дополнительно эту энергию, валент- 1то При освещении фоторезистора его сопротивление резко уменьшается: световое сопротивление Я, меньше гс„ в сотни и тысячи раз. Поэтому в цепи протекает большой световой ток 1,. Фототок равен разности между световым и темновым токами: 1а — — 1, — 1,.
Основной параметр фоторезистора — чувствительность о: Ф с 1т Ф Ф Инерционность фоторезисторов служит причиной того, что они не могут быть использованы в кинематографии для воспроизведения звука с фотографических фонограмм. Их применяют в измерительной аппаратуре, в схемах автоматики, в качестве фотореле для считывания информации с перфолент и т. п.
Фоторезисторы в микроэлектронном исполнении применяются в оптоэлектронике. Фотогальеаиическим элементом называют полупроводниковый фотоэлектронный прибор, непосредственно преобразующий световую энергию в электрическую. Его действие основано на фотогальваннческом эффекте, Фотогальваннческий элемент не требует источника питания. Прн изготовлении такого элемента используют кремний, селен, германий и другие полупроводники, на базе которых создается р-л переход.
При облучении р-и перехода или прилегающих к нему областей, обычно области л-типа, за счет Световой энергии генерируются пары электрон — дырка. Они диффундируют к р-и переходу и на границе разделяются под действием контактной разности потенциалов: дырки втягиваются в область р-типа, а электроны накапливаются в области и-типа. Значительное увеличение концентрации носителей заряда по обе стороны р-п перехода приводит при разомкнутой цепи к возникновению разности потенциалов между обеими областями, называемой фото-э.д.с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
