Емкостные преобразователи

u - частота оптического излучения;

Me, Ve - масса и скорость электрона;

А - работа выхода.

Фотоэффект проявляется если .

Фотоэлектрические датчики или фотоэлементы с внешним фотоэффектом состоят из фотокатода К, излучающего электроны под действием света, и анода А, собирающего эти электроны.

Рис.1 Включение фотоэлемента с внешним фотоэффектом

Катод и анод фотоэлемента помещаются обычно в стеклянной колбе. Фотокатодом служит щелочно-земельный металл, наносимый обычно на серебряную подложку, осажденную непосредственно на стеклянной колбе с внутренней стороны (рис.1) или на специальной пластинке К; анодом служит металлическое кольцо или сетка, имеющие форму, обеспечивающую попадание света на катод.

Для измерения фототока, возникающего в цепи фотоэлемента при освещении его источником света С, фотоэлемент последовательно с гальванометром Г и сопротивлением R присоединяется к источнику питания Б.

По характеру наполнения колбы различают вакуумные фотоэлементы, из которых воздух откачан до давления примерно 10-7 мм рт. ст., и газонаполненные (аргоном или неоном) с давлением в несколько сотых долей миллиметра ртутного столба. Усиление фототока в газонаполненном фотоэлементе происходит вследствие ионизации газа, возникающей в фотоэлементе при излучении электронов его катодом. С увеличением разности потенциалов между электродами фотоэлемента процессы ионизации нарастают, и коэффициент усиления фототока увеличивается. Газонаполненные фотоэлементы, обладая большей чувствительностью, чем вакуумные, менее стабильны и более инерционны. Фототок в газонаполненных фотоэлементах в 10 раз больше, чем в вакуумных. Световая характеристика газонаполненных фотоэлементов несколько криволинейна, в то время как у вакуумных она линейна. К числу недостатков фотоэлементов с внешним фотоэффектом следует отнести их «утомляемость», выражающуюся в том, что при непрерывном освещении фотоэффект начинает снижаться, хотя после отключения фотоэлемента, через некоторый промежуток времени, эффект почти полностью восстанавливается.

Рис.2

Катод через кварцевое стекло освещается светом. Под действием света из катода вырываются электроны (называемые фотоэлектронами), которые летят к аноду (положительно заряженному электроду) и образуют фототок, регистрируемый миллиамперметром

Рис.3

С помощью такой установки, используя электроды, изготовленные из разных материалов, снимались вольтамперные характеристики при различных значениях падающего светового потока Ф. Вольтамперные характеристики - зависимость силы фототока I от напряжения U между электродами (анодом и катодом).

Фотоэлектрические умножители (ФЭУ)

Вторым путем умножения электронов является использование вторичной электронной эмиссии. Такие приборы носят название фотоэлектронных умножителей (ФЭУ). Схема устройства ФЭУ показана на рис.4.

Рис. 4 Фотоумножитель

1 - фотокатод; 2 - анод; 3 - диноды

Электрон, вылетевший из фотокатода под действием света, ускоряется напряжением Е1 и направляется на первый динод. Попав на него, электрон за счет вторичной электронной эмиссии выбивает несколько новых. Вторичные электроны, ускорившись, попадают на второй динод и также выбивают из него электроны. Число электронов нарастает лавинообразно до тех пор, пока они после последнего динода не попадут на анод. Усиление фототока зависит от числа динодов и их коэффициента вторичной эмиссии. Число динодов (каскадов усиления) в ФЭУ может достигать 10 и более. При коэффициенте вторичной эмиссии, равном 4, это соответствует увеличению фототока в 106 раз.

Постоянная времени ФЭУ определяется временем развития электронной лавины между динодами и составляет обычно 10-7- 10-8 с. Фото-умножители специальной конструкции, предназначенные для исследования быстропротекающих процессов, могут работать до частот более 100 МГц. Такие ФЭУ способны регистрировать световые импульсы длительностью 4-5 нс.

Недостатками ФЭУ являются некоторая нестабильность и повышенный темновой ток. Однако при охлаждении жидким азотом (Т =77 К) в некоторых типах ФЭУ удается уменьшить шумы в такой степени, что оказывается возможным измерение светового потока мощностью порядка 10-19 Вт. Такая величина пороговой чувствительности, соответствующая регистрации одного фотона в секунду, является наилучшей среди всех приемников излучения.

Другие стьтьи в тему

Разработка системы автоматического регулирования
автоматический регулирование частотный Для осуществления автоматического управления техническим процессом создается система, состоящая из управляемого объекта и связанного с ним управляющего устройства. Как и всякое техническое сооружение, система должна обладать констр ...

Разработка шлирен–проектора для контроля объективов
Оптический контроль основан на анализе взаимодействия оптического излучения с объектами контроля. В качестве объектов контроля могут служить материалы и изделия, технологические процессы и параметры окружающей среды. Для получения измерительной информации об объекте контроля использ ...