Главная  Электронные лампы 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [ 29 ] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112]

баллона и цоколя фотоэлемента. Ток утечки прямо пропорционален величине рабочего напряжения и составляет обычно 10~"-10~ А. Темновой ток вакуумных фотоэлементов значительно меньше, чем газо-наиолпеиных.

Вольт-амперная характеристика фотоэлемента снимается при постоянстве светового потока и изменении величины анодного напряжения. Как видно из вольт-амперных характеристик, для вакуумных фотоэлементов (рис. 5.5, а) анодный ток возрастает с увеличением напряжения до значения тока насыщения, т. е. до такого значения, при котором все электроны, вылетевшие из фотокатода, долетают до анода. При увеличении светового потока фототок увеличивается и на-


1 /7 J


Рис. 5.5. Вольт-амперные характеристики фотоэлементов с внешним (ютоэффектом:

а - вакуумных; С - газонаполненных.

сыщенне наступает при несколько большем напряжении на аноде. Газонаполненные фотоэлементы насыщения не имеют, и величина фототока всегда зависит от анодного напряжения (рис. 5.5, 6). Это объясняется ионизацией газа, происходящей при повышении напряжения между анодом и катодом. Если анодное напряжение увеличить до величины напряжения зажигания (порядка 300 В), то в газонаполненном фотоэлементе наступает самостоятельный газовый разряд, сопровождаемый большим током и быстрым разрушением фотокатода.

Основным параметром фотоэлемента является его чувствительность, определяемая отношением величины фототока к величине светового потока, вызвавшего его. Входящий в уравнение /ф = (см. параграф 1.4) коэффициент пропорциональности К называется интегральной чувствительностью (или интегральной отдачей) фотоэлемента, характеризующей способность фотоэлемента реагировать на воздействие светового потока полного спектрального состава (белого света). Вакуумные фотоэлементы имеют чувствительность порядка 20- 90 мкА/лм, газонаполненные - 150 ~ 200 мкА/лм. Чувствительность фотоэлемента для светового потока определенной длины волны (для монохроматического света) называется спектральной чувствитель-ностью. Зависимость ее от длины волны, выраженная графически, называется спектральной характеристикой фотоэлемента.

На рнс. 5.6 приведены спектральные характеристики сурь\шно-цезиевого (кривая /) и кислородно-цезиевого (кривая 2) фотокатодов. По горизонтальной оси отложены длины волн световых колебаний (в микрометрах), а по вертикальной оси-относительная спектральная чув-



ствительиость (в процентах). Как видно из приведенных характеристик, сурьмяно-цезиевы!! фотокагод обладает наибольшей чувствительностью к длинам волн порядка 0,4-0,5 мкм, что соответствует голубым и зеленым лучам спектра, в то время как у кислородно-цезиевого фотокатода наибольшая чувствительность лежит в пределах 0,8 мкм, т. е. в области красной части спектра.

Большое значение для использования того или иного типа фотоэлемента имеет его инерционность. Для практически встречающихся в автоматике частот изменения света вакуумные фотоэлементы можно считать безынерционными. Их инерционность становится заметной только для очень высоких частот (порядка нескольких мегагерц),

J},% г

/ л 1

J

1 i \ . Р \

; i

I io

О, О

1,0 l.y.KH

о 100

рис. 5.0. Спектральные .характеристики фотокатодов: / - сур,мя110-цезиевых; 2 - кислородно-це! и ев ых.

Рис. 5.7. Частотные характеристики фотоэлементов:

б - газонаполиеп-

о - вакуум]10го; iioro.

когда период изменения света становится сравнимым со временем движения электронов от катода к аноду. Газонаполненные фотоэлементы обладают заметной инерционностью, начинающей сказываться уже на частотах порядка нескольких килогерц. Это объясняется тем, что из-за большого увеличения времени свободного пробега заряженных частиц в газонаполненном приборе процессы нарастания и спада тока лри быстрых изменениях светового потока происходят замедленно. Инерционность газонаполнешюго фотоэлемента проявляется в том, что с увеличением частоты изменений светового потока чувствительность фотоэле1\1ента падает.

На рис. 5.7 приведены графики зависимости чувствительности фотоэлементов от частоты изменения светового потока (частотные характеристики). Эти графики иллюстрируют инерционность газонаполненного фотоэлемента в сравнении с вaкyyшым. Инерционность является главным недостатком газонаполненных фотоэлементов, ограничивающим возможности их применения в схемах электротюй автоматики.

Для обеспечения требующейся в автоматике надежности и точности действия фотоэлектрической схемы необходимо, чтобы чувствительность фотокатодов с течением времени не менялась. В практике эксплуатации фотоэлементов (особенно с кислородно-цезиевым катодом) наблюдается явление утомляемости. Это явление проявляется в том, что при больших значениях светового потока чувствительность фотоэлементов быстро уменьшается во времени, доходя иногда до 25%



первоначальной величины. Если такой «утомленный» фотоэлемент поместить на некоторое время в темноту, то его чувствительность восстанавливается почти до первоначального значения. Кроме временной потерн чувствительности (утомляемости), в фотоэлементах наблюдается также необратимая потеря чувствительности. Для кислородно-цезиевых катодов в течение первых 40-50 ч работы чувствительность необратимо уменьшается до 70-75% по сравнению с первоначальной величиной. В фотоэлементах с сурьмяно-аезиевымфотокатодом необратимая потеря чувствительности до 60-50% первоначального значения происходит лишь через 3000-4000 ч работы.

Фотоэлементы с внешним фотоэффектом исггользуются в двух ре-ла1мах: фоторелейном и фотометрическом. К фоторелейным относятся устройства, имеюш,ие только два устойчивых положения исполнительного механизма: включено и выключено. Одно из них создается схемой в отсутствие света, другое - при появлении света. К фотометрическим относятся устройства, непрерывно измеряющие интенсивность светового потока или реагирующие на его изменения.

5.2. ФОТОЭЛЕКТРОННЫЕ УМНОЖИТЕЛИ (ФЭУ)

Существенным недостатком обычных фотоэлементов с внешним фотоэффектом является их относителыю невысокая чувствительность. Это вызьшает необходимость последующего значительного усиления

сигнала с применением достаточно сложных усилительных устройств. Повьипение чувствительности достигается в фотоэлементах со вторичной электронной эмиссией, получивших название фотоэлектронных умножителей.

В зависимости от назначения и предъявляемых требований ФЭУ бывают однокаскадными и многокаскадными.

Устройство однокаскадного ФЭУ показано на рис 5.8, а. В приборе помещены фотокатод и два электрода -сплошной электрод (дннод) и «про-зрачиьпЪ для электронов коллектор (анод). Динод имеет отиосительно но меньший потенциала коллектора. Поэтому первичные электроны, излучаемые фотокатодом, будут двигаться к системе коллектор - динод. При этом часть первичных электронов попадает на коллектор, создавая в его цепи первичный ток, а другая часть, проходя сквозь сетчатый коллектор, попадает на динод. Если материал динода при поданном на него напряжении имеет коэффициент вторичной электр0[1ной эмиссии fT > 1, то вторичные электроны, собираемые коллектором, создадут в его цепи ток, превышающий первичный электронный ток;


Рис; 5.8. Однокаскадный ФЭУ:

о - yCTpoiScTBO (/ - катод; 2 - диноД;

3 - коллектор): б - внешний вид (/ - катод; 2 - анод; J - эмиттер;

4 - вывод эмиттера (дппоЛм); 5 - вывод анода (коллектора); о - высод клгода).

катода высокий потенциал,



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [ 29 ] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112]

0.001