Файл: Левитин И.Б. Инфракрасная техника.pdf

Фотоэлементы с внешним фотоэффектом. Эти приемники представляют собой вакуумные приборы, имеющие чувст­ вительный фотокатод, наносимый на внутреннюю поверх­ ность стеклянной колбы, п анод в виде кольца, пластинки

ит. п. Между анодом и катодом прикладывается постоян­ ная разность потенциалов порядка 230—240 В. При облу­ чении фотокатода возникает явление внешнего фотоэффекта

ив цепи, последовательной с источником тока, появляется ток, направленный от фотокатода к аноду.

Вкачестве приемников коротковолнового инфракрас­ ного излучения применяются фотоэлементы со сложным

серебряно-кислородно-цезиевым фотокатодом, состоящим из нанесенного на стекло колбы слоя серебра, поверх ко­ торого имеется слой из окиси серебра и окиси цезия, на котором адсорбированы атомы металлического цезия. Спе­ ктральная характеристика этого фотокатода показана на рис. 27: его максимальная чувствительность соответствует

свойственно не только серебряно-кислородно-цезиевым фо­ тоэлементам, но и другим приемникам с внешним фотоэф­ фектом, чувствительным слоем которых является сере- бряно-кислородно-цезиевый фотокатод (ФЭУ, ЭОП, пере­ дающим телевизионным трубкам).

Фотоэлементы такого рода делятся на два вида с резко различными характеристиками: 1) фотоэлементы вакуум­ ные и 2) фотоэлементы газополные.

Наполнение фотоэлемента инертным газом (не вступаю­ щим в реакцию с фотокатодом) при низком давлении при­ водит к значительному (в 5 — 7 раз) повышению его интег­ ральной чувствительности благодаря ионизации газа элек­ тронами, эмиттированными из фотокатода и ускоренными электрическим полем. Однако наполнение фотоэлемента газом вызывает и появление значительной инерционности, так как ток в них обусловлен, главным образом, положи­ тельными ионами, имеющими большую массу и меньшую скорость, чем у электронов; инерционность газополных фотоэлементов заставляет при выборе частоты модуляции обязательно считаться с их частотной характеристикой. Постоянная времени этих фотоэлементов зависит от рода газа, использованного при наполнении, от его давления и от рабочего напряжения на фотоэлементе. При снижении

70

t/pag до, 50—60 В кинетическая энергия фотоэлектронов становится малой и количество ионов, образующихся в ре­ зультате ударной ионизации, невелико, поэтому постоян­ ная времени снижается до г ^ Ю - 4 с.

В противоположность газополным вакуумные фото­ элементы фактически безынерционны и допускают исполь­ зование при любой частоте модуляции до 2-Ю8 Гц.

На рис. 28 показаны вольт-амперные характеристики вакуумного (2) и газополного (Л фотоэлементов. Очевидно, что нарастание тока в вакуумных фотоэлементах происхо-

OjH.ed.

к if

нарастает, что может привести к появлению дуги и к не­

дует остерегаться повышения напряжения на фотоэлементе свыше 240—250 В.

71

тронной эмиссии, суть которой состоит в вырывании вто­ ричных электронов из вещества при бомбардировке его быстролетящими первичными электронами, которые пере­ дают свою энергию вторичным. Отношение числа вырван­ ных электронов к числу падающих называется коэффици­ ентом вторичной эмиссии а. Этот коэффициент имеет небольшое значение, но для сложных слоев, подобных се- ребряно-кислородно-цезиевому фотокатоду, величина а мо­ жет достигать значения 10 и более. Каждому веществу, используемому для создания вторичной эмиссии, соот­ ветствует оптимальное значение энергии первичных элек­ тронов.

Приборы, основанные на вторичной электронной эмис­ сии, имеют три основных элемента: 1) источник первичных электронов (первичный фотокатод); 2) эмиттирующую по­ верхность (эмиттер, их может быть несколько); 3) электрод, собирающий вторичные электроны (коллектор). На рис. 29 показана схема устройства ФЭУ с несколькими эмиттерами. В баллоне, в котором создан высокий вакуум, помещены фотокатод 1, эмиттеры 2—5 и коллектор (анод) 9. Между фотокатодом и первым эмиттером создается электрическое поле, причем эмиттер имеет относительно фотокатода по­ ложительный потенциал. Первичные электроны, вылетев­ шие из фотокатода, ускоряются электрическим полем на­ столько, что вырывают, прилетев к эмиттеру, из него вто­ ричные электроны. Эмиттер 3 и все последующие эмиттеры имеют возрастающие положительные потенциалы, вследст-

72

вие чего вторичные электроны, вырванные из эмиттера 2, выбивают электроны из эмиттера 3 и т. д. В результате все увеличивающееся вследствие вторичной эмиссии число электронов собирается анодом — коллектором 9.

В настоящее время чаще всего применяются многокас­ кадные умножители, в которых используется последова­ тельное многократное умножение электронного тока с по­ мощью ряда эмиттеров так, что после двух каскадов усиле­ ние составляет а2 , после трех каскадов — а 3 и т. д. Полный коэффициент усиления M при п каскадах (если значение а одинаково для каждого из них) выразится M = о".

Таким образом, если первичный ток катода і0, а полный коэффициент усиления есть М, то ток в цепи коллектора ік выразится:

Схема питания ФЭУ сложнее, чем схема питания фото­ элемента, однако значительное усиление, создаваемое этим

73