|
Электровакуумный (электронный или ионный) фотоэлемент представляет собой диод, у которого
на внутреннюю поверхность стеклянного баллона нанесен фотокатод в виде тонкого слоя вещества, эмитирующего фотоэлектроны.
Анодом обычно является металлическое кольцо, не мешающее попаданию света на фотокатод. В электронных фотоэлементах создан
высокий вакуум, а в ионных находится инертный газ, например аргон, под давлением в несколько сотен паскалей (несколько миллиметров
ртутного столба). Катоды обычно применяются сурьмяноцезиевые или серебряно-кислородно-цезиевые.
Свойства и особенности фотоэлементов отображаются их характеристиками. Анодные (вольт-амперные) характеристики
электронного фотоэлемента Iф = f(uа) при Ф = const, изображенные на рис. 22.2,
а, показывают резко выраженный режим насыщения. У ионных фотоэлементов (рис. 22.2,б) такие характеристики сначала идут
почти так же, как у электронных фотоэлементов, но при дальнейшем увеличении анодного напряжения вследствие ионизации газа
ток значительно возрастает, что оценивается коэффициентом газового усиления, который может быть равным от 5 до 12.
Энергетические характеристики электронного и ионного фотоэлемента, дающие зависимость Iф = f(Ф)
при Ua = const, показаны на рис. 22.3. Частотные характеристики чувствительности
дают зависимость чувствительности от частоты модуляции светового потока. Из рис. 22.4 видно, что электронные фотоэлементы
(линия 1) малоинерционны. Они могут работать на частотах в сотни мегагерц, а ионные фотоэлементы (кривая 2)
проявляют значительную инерционность, и чувствительность их снижается уже на частотах в единицы килогерц.
Рис. 22.2. Анодные характеристики электронного (а) и ионного (б) фотоэлемента
Рис. 22.3. Энергетические характеристики электронного (1) и ионного (2) фотоэлемента
Рис. 22.4. Частотные характеристики электронного (1) и ионного (2) фотоэлемента
Фотоэлемент обычно включен последовательно с нагрузочным резистором RH (рис. 22.5). Так как
фототоки очень малы, то сопротивление фотоэлемента постоянному току весьма велико и составляет единицы или даже десятки мегаом.
Сопротивление нагрузочного резистора желательно также большое. С него снимается напряжение, получаемое от светового сигнала.
Это напряжение подается на вход усилителя, входная емкость которого шунтирует резистор RH. Чем больше
сопротивление RH и чем выше частота, тем сильнее это шунтирующее действие и тем меньше напряжение
сигнала на резисторе RH.
Рис. 22.5. Схема включения фотоэлемента
Основные электрические параметры фотоэлементов - чувствительность, максимальное допустимое анодное напряжение и темновой
ток. У электронных фотоэлементов чувствительность достигает десятков, а у ионных фотоэлементов — сотен мкА на люмен. Темновой
ток представляет собой ток при отсутствии облучения. Он объясняется термоэлектронной эмиссией катода и токами утечки между электродами.
При комнатной температуре ток термоэмиссии
может достигать 10-10 А, а токи утечки — 10-7 А. В специальных конструкциях
фотоэлементов удается значительно снизить токи утечки, а ток термоэмиссии можно уменьшить лишь охлаждением катода до очень
низких температур. Наличие темнового тока ограничивает применение фотоэлементов для очень слабых световых сигналов.
Электровакуумные фотоэлементы нашли применение в различных устройствах автоматики, в аппаратуре звукового кино, в приборах
для физических исследований. Но их недостатки — невозможность микроминиатюризации и довольно высокие анодные напряжения
(десятки и сотни вольт) — привели к тому, что в настоящее время эти фотоэлементы во многих видах аппаратуры заменены полупроводниковыми
приемниками излучения.
|
