|
| |
|
Главная Журналы § 2. ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ФОТОЭЛЕМЕНТЫ  Ножка Цоколь Рис. VI-1. Устройство электровакуумного фотоэлемента и условное обозначение на схеме Фотоэлементом называют прибор, преобразующий колебания света в соответствующие колебания электрического тока. По принципу действия различают две основные группы фотоэлементов: 1) электровакуумные фотоэлементы и 2) полупроводниковые фотоэлектрические приборы. Электровакуумные фотоэлементы широко используются в звуковом кино. Они являются неотъемлемой частью звуковоспроизводящи.х устройств, работающих с фотографической фонограммой. В зависимости от степени разреженности газа в электровакуумном фотоэ.ттементе, ра,з-личают два их вида: 1) фо-тоэле.мент электронного разряда (электронный фотоэлемент), 2) фотоэлемент те.много разряда (ионный фотоэлемент). Устройство фотоэлемента относительно несложно. Электровакуумный фотоэлемент представляет собой прибор с фотоэлектронным катодом. Конструктивно он состоит из стеклянной колбы, из которой выкачан воздух. Внутренняя стенка баллона посеребрена и покрыта тонким слоем калия пли цезия. Это покрытие занимает примерно 50% площади внутренней поверхности колбы и представляет собой катод. Остающаяся без покрытия часть баллона образует световое окно фотоэлемента. В центре баллона в форме колечка помещен анод фото-э.лемента (рис. VI-1). Выводы от катода и анода присоединяются к ножкам цоколя фотоэлемента. Для работы фотоэлемента к его электродам необходимо подвести напряжение от внешнего источника питания Рис. VI-2. Схема включения фотоэлемента (рис. VI-2); в цень включается резистор нагрузки. сопротивление Под действием светового потока, падающего на катод, с него вылетают электроны. Так как к аноду приложен значительный положительный катода, электроны стремятся попасть на анод. Благодаря такому перемещению электронов во внешней цени фотоэлемента возникает электрический ток (фототек), имеющий относительно небольшую величину. Источником этого тока служит батарея с нап-ряжением Е, вк.люченная потенциал относительно  Рис. VI-:!. Световые характеристики фотоэлементов: 1 - электронного; 2 - ионного  0,1 лм 0,05дл 100 150 200 250 300 в Рис. Vl-i. Вольтамнерные характеристики электронного фотоэлемента последовательно с фотоэлементом и сопротивлением нагрузки. Роль светового потока сводится к управлению током в цепи источника питания; ток в цени фотоэлемента протекает лишь тогда, когда катод освещен. При выключении света ток прекращается. Величина тока в вакуумном фотоэлементе пропорциональна величине светового потока, падающего на катод (рис. VI-3). Величина тока в электронном, а также в ионном фотоэлементах зависит от напряжения между анодом и катодом фотоэлемента и от светового потока, падающего на его катод. Следовательно, для выяснения закономерностей изменения можно установить две зависимости- две характеристики. Одна из них называется световой характеристикой (рис. VI-3) и показывает зависимость тока от величины светового потока при постоянном анодном напряжении. Другая называется вольтамперной характеристикой и показывает зависимость тока от величины анодного напряжения  Рис. VI-5. Спектральные характеристики фотоэлементов; J-с сурьг няно-цезиевым катодом; 2 - с кио-лородно-цезиевым катодом при постоянном значении падающего на катод светового потока (рис. VI-4). Основным параметром фотоэлемента является его чув-стнителъность - величина изменения тока при изменении светового потока на 1 лм. Чувствиюльность из.меряет-ся в микроамперах на люмен {мка1лм). Однако чувствительность фотоэлемента - величина непостоянная и изменяется в зависимости от длины вол- ; 100 80
100 200 40С( 1000 2000 4000 10000 1й Рис. Vl-G Частотные характеристики фотоэлешитов: 1 - электронного, 2 - uoimoro ны падающего на фотоэлемент света. Зависимость эта показана на рис. VI-5 и называется спектральной характеристикой фотоэлемента. Она показывает, что максимальный фототок получается при какой-то определенной длине волны света. Последняя зависит от материала фотокатода. Наконец, ваи{ная характеристика фотоэлемента - его частотная характеристика (рис. VI-6), показывающая зависимость фототока от частоты колебаний светового потока. Кроме перечисленных характеристик и чувствительности фотоэлементы и их свойства оцениваются по величине темпового тока, утомляемости и старению, внутреннему сопротивлению, величине напряжения питания и др. Под утомляемостью фотоэлемента понимают резкое, но обратимое снижение его чувствительности при увеличении освещенности катода. Если фотоэлементу дать «отдохнуть» в темноте, его чувствительность восстановится. Старением называют необратимое уменьшение чувствительности с течением вре.мени, происходящее в результате физико-химических изменений в сложном катоде. Темповым называется ток, протекающий через включенный в це 1ь питания фогоэлемент, когда он находится в темноте. Темповые токи обусловлены термоэлектронной  100 150 200 250 300 в Рис. VI-7. Вольтамнериые характеристики ионного фотоэлемента эмиссией и током утечки (например, по стеклу баллона). При постоянной температуре те.мновые токи возрастают при увеличении анодного напряжения фотоэлемента. Свойства п параметры фотоэлементов в значптельной мере зависят от материала и типа примененного катода. В электровакуумных фотоэлементах обычно применяют так называемые кислородно-це-зиевые и сурьмяно-цезневые катоды. Ознакомившись с характеристиками и параметрами электровакуумных фотоэлементов, можно суммировать их технические данные. Чувствительность электронных фотоэлементов с кислородо- цезиевым катодом (типа ЦВ) составляет 20 - 25 мка/лм, а с сурьмяно-цезиевым катодом (типа СЦВ) -80-85 мка/лм. Частотная характеристика прямолинейна, т. е. фотоэлемент практически безынерционен. Световая характеристика прямолинейна, т. е. фотоэлемент не вносит нелинейных искажений. Несмотря на указанные достоинства электронного фотоэлемента, он имеет один серьезный недостаток - относительно малую чувствительность (30---1-50 мка/лм). Ионные фотоэлементы выгодно отличаются по величине чувствительности от вакуумных. В них внутрь баллона вводится инертный газ при давлении 0,1-0,01 мм рт. ст. При этом изменяются физические процессы, происходящие в фотоэлементе, и его характеристики. Ионные фотоэлементы включаются в цепь таким же образом, как и электронные. При падении светового потока на катод ионного фотоэлемента из катода вылетает некоторое количество электронов, образующих первичный фотоэлектронный ток. Эти электроны при движении к аноду, обладая значительной скоростью, встречают на своем пути молекулы газа, соударяются с ними и ионизируют их, что приводит к развитию лавинообразного процесса ионизации газа и значительному возрастанию тока в цепи фотоэлемента. Ионный фотоэлемент имеет нелинейную вольтамперную характеристику (рис. VI-7), что требует выбора 6 Усилители киноустановок Никого рабочего участка, где вносимые искажения минимальны. Частотная характеристика имеет спад на высоких частотах (см. рис. VI-6). Световая характеристика также нелинейна (см. рис. V1-3). Таким образом, все характеристики ионных фотоэлементов уступают характеристикам электронных. Однако чувствительность ионных фотоэлементов 100-300 мка/лм, и это определило их широкое применение в звуковом кино. § 3. ФОТОЭЛЕКТРОННЫЕ УМНОЖИТЕЛИ Фотоэлектронными умножителями называются фотоэлементы, которые используют не только фотоэлектронную эмиссиео, но и вторичную электронную эмиссию. Эти приборы имеют значительно большую чувствительность по сравнению с электровакуумными фотоэлементами (500-600 мка/лм) при сохранении всех положительных характеристик электронных фотоэлементов, v/ Электроды фотоэлектронного умножителя заключены в стеклянном баллоне, из которого выкачан воздух до высокой степени вакуума. Под действием света, падаюпщго на катод, с его поверхности излучается некоторое количество электронов, которые направляются к вторичному катоду (эмиттеру) с достаточно большой скоростью и, ударившись о его поверхность, выбивают из него нетсоторое количество вторичных электронов, которые направляются к аноду. / В результате использования явления вторичной эмиссии происходит усиление электронного потока, который в конечном итоге попадает на анод. Помимо одноступен-ного можно построить и многокаскадные фотоэлектронные умножители. " В звуковом кино применяются исключительно одно-каскадные приборы ФЭУ-1 и ФЭУ-2 с сурьмяно-цезиевым катодом (что позволяет использовать их для воспроизведения черно-белых и цветных фонограмм). Катод и эмиттер изготовлены но одинаковой технологии и имеют одинаковые свойства, но назначение их различно. Первичный катод служит источником фотоэлектронов, испускае.мых за счет действия светового потока, а эмиттер является источником вторичных электронов, вылетающих за счет динатронного эффекта. Схема включения однокаскадного фотоэлектронного умножителя показана на рис. VI-8. В цепи анода проте-  ш= 0,01 ля 40 80 120 160 200 240 280 в Рис. VI-Й. Схема включения ппнокаскалнигс) фотоэлект--риН1Ш1и уЬиЮжителя Рис, VI-9. Характеристика зависимости чувствительности UJdi-l И 4>Si)-l W U(i- кает суммарный ток (из первичных электронов, частично попадающих на анод, и вторичных электронов от эмиттера), который заметно превосходит ток, создаваемый  Вывод катод* вод эмиттера Вывод анода Рис. VI-10. 1!;онптг)укп,ии р размеры с)отоэ.1ектронных умножителей фэу-1 (а) и ФЭУ- (й) • электронами, испускаемыми катодом. В этом случае происходит усиление фотоэлектронного тока внутри самого фотоэлемента. Катоды фотоэлектронных умнолште.лей нанесены на внутренней стенке стеклянного баллона примерно один 6 16? 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 |
||||||||