Звоните! 
 (926)274-88-54 
 Бесплатная доставка. 
 Бесплатная сборка. 
Ассортимент тканей

График работы:
Ежедневно. С 8-00 до 20-00.
Почта: soft_hous@mail.ru
Читальный зал -->  Промышленная электроника 

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

Wi, поглотил энергию фотона не меньшую, чем работа выхода электрона для данного вещества. Согласно квантовой теории, энергия кванта, в данном случае фотона, прямо пропорциональна частоте излучения:

WKB = hv,

где V - частота излучения; h - постоянная Планка; h - 6,62 X XlQ- Дж с.

Частота v обратно пропорциональна длине волны излучения X:

Энергия фотона может быть выражена через длину волны излучения:

где с - скорость света; с = 3 10* м/с.

Например, коротковолновое излучение, соответствующее фиолетовым лучам видимого спектра с длиной волны X = 0,38 мкм, несет энергию фотона 3,25 эВ, а длинноволновые красные лучи с Я = 0,76 мкм - энергию фотона 1,6 эВ.

Минимальная частота vo, при которой возможна фотоэлектронная эмиссия, называется порогом, фотоэлектронной эмиссии. Ей соответствует длина волны Хо. Ее величину для данного вещества можно найти из условия равенства энергии фотона и работы выхода:

WKB = Wo.

Подставив сюда значения Wo = вфо; W получим

hvo = фо.

hvo и Хо = - ,

откуда

Vo =

ец>о

И Ло =

где h, с и е (заряд электрона) - постоянные; фо - работа выхода в электрон-вольтах, зависящая от материала фотокатода.

Для получения фотоэлектронной эмиссии в более широкой области видимой части спектра необходимы фотокатоды с малой работой выхода.

3.2.2. Законы фотоэлектронной эмиссии и характеристики фотокатода

Простейшим электровакуумным прибором, преобразующим оптический сигнал в электрический, является фотоэлемент. Он имеет два электрода: фотокатод и анод. На анод подается постоянное положительное напряжение относительно катода. Эмитти-рованные из фотокатода электроны движутся к аноду, создавая в цепи фототок 1ф.

Законы Столетова и Эйнштейна являются основными для фотоэлектронной эмиссии.



о 0,1 0,2 о.з 0,4 Ф.лм

а б в

Рис. 3.14. Световая (о) и спектральные {б. в) характеристики фотокатода

Закон Столетова: величина фототока прямо пропорциональна световому потоку, падающему на фотокатод, при неизменном спектральном составе света:

/ф = 8Ф,

где Ф - световой поток в люменах; S - коэффициент пропорциональности, называемый чувствительностью фотокатода и измеряемый в микроамперах на люмен.

Закон Столетова основывается на квантовой теории: больший световой поток несет в единицу времени больше фотонов, следовательно, большее число электронов может за это время поглотить по одному фотону и выйти из фотокатода в вакуум. Этот закон отражается световой характеристикой (рис. 3.14, а).

Световая характеристика - это зависимость фототока от светового потока при постоянном спектральном составе света и неизменном анодном напряжении:

/ф = ЦФ) при (Уа = const.

Она представляет собой прямую линию, выходящую из начала координат; ее наклон зависит от чувствительности фотокатода.

6-1663



Закон Эйнштейна: максимальная кинетическая энергия вылетевшего из фотокатода электрона линейно возрастает с увеличением частоты падающего света и не зависит от его интенсивности.

Поскольку разность энергии фотона и работы выхода превращается в кинетическую энергию электрона, то закон Эйнштейна выражается уравнением

где my/2 - кинетическая энергия электрона.

Подставив в уравнение значения Wkb и Wq, получим:

= /iv - вфо.

Это уравнение определяет линейную зависимость кинетической энергии электрона от частоты излучения v; остальные его элементы - постоянные для данного вещества.

Максимальной кинетической энергией будут обладать те электроны, которые внутри фотокатода имели максимальную внутреннюю энергию При Wkb = Uo кинетическая энергия вылетевшего электрона равна нулю, а при Ukb < Wo фотоэлектронная эмиссия невозможна.

Закону Эйнштейна подчиняется фотоэлектронная эмиссия из чистых металлов сравнительно большей толщины. Такую эмиссию называют нормальной. Однако эти фотокатоды не нашли применения из-за большой работы выхода, при которой нельзя получить эмиссию при облучении их видимой частью спектра. В фотоэлементах и фотоумножителях используют сложные тонкопленочные катоды, например сурьмяно-цезиевые, характеризующиеся избирательной фотоэлектронной эмиссией. Они обладают максимальной чувствительностью к лучам определенной части спектра.

Чувствительность - основной параметр фотоэлектронного прибора. Различают интегральную (световую) и спектральную чувствительность.

Интегральная чувствительность - это чувствительность фотокатода к суммарному, не разложенному в спектр, световому потоку. Она определяется как фототок, вызываемый общим световым потоком в 1 люмен:

Для точного определения интегральной чувствительности в качестве источника света выбран стандартный излучатель - электрическая лампа накаливания мощностью 100 Вт при температуре нити 2850 К.

Интегральную чувствительность можно определить по световой характеристике.

Спектральная чувствительность - это чувствительность фотокатода к монохроматическому свету. Она определяется как фототок, приходящийся на 1 люмен светового потока данной длины волны:

5. =

Спектральные свойства фотокатода определяют по спектральной характеристике, которая представляет собой зависимость спектральной чувствительности от длины волны излучения.

= /(X) при Ф = const.

При нормальной фотоэлектронной эмиссии спектральная характеристика отражает закон Эйнштейна (рис. 3.14, б): с увеличением Я, т. е. уменьшением v, кинетическая энергия и скорость эмиттированных электронов уменьшается, следовательно, уменьшается фототок и чувствительность при Ф - const. Фотоэлектронная эмиссия прекращается при Хо соответственно порогу vo.

При избирательной фотоэлектронной эмиссии спектральная характеристика имеет максимум в определенной части спектра. На рис. 3.14, в приведена в качестве примера спектральная характеристика сурьмяно-цезиевого фотокатода, используемого в фотоумножителях. Этот катод наиболее чувствителен к видимой части спектра (от желто-зеленых до сине-фиолетовых лучей); для него Ло = 0,7 мкм.

3.2.3. Фотоумножитель. Устройство и принцип действия

Фотоумножителем называют электровакуумный прибор, преобразующий энергию оптического излучения в электрическую и содержащий фотокатод, анод и вторично-электронный умножитель, в котором поток электронов умножается за счет вторичной электронной эмиссии. Вторично-электронный умножитель состоит из электродов, осуществляющих вторичную электронную эмиссию и называемых динодами. Количество динодов может быть различным (от 1 до 18-20). Конструкция, расположение и электрический режим динодов таковы, что число вторичных электронов, эмиттируемых с их поверхности, превышает число падающих на эту поверхность первичных электронов. Фотоумножитель с одним динодом называют однокаскадным, а с несколькими - многокаскадным.

Рассмотрим устройство и принцип действия многокаскадного фотоумножителя (рис. 3.15). Фотокатод под действием света испускает первичные электроны, которые ускоряются электри-




ческим полем и падают на первый динод Ль Динод под ударами первичных электронов испускает вторичные электроны, число которых больше, чем первичных. Для этого между динодом и фотокатодом создается напряжение порядка 100-150 В. Вылетевшие из динода Д\ вторичные электроны ускоряются и направляются на второй динод Лг, для которого они первичны. В свою очередь динод Лг испускает вторичные электроны и т. д. Каждый следующий динод должен иметь положительный потенциал, пре-

Фотокатод О

О Д4


Диноды

У Анод

Рис. 3.15. Усройство многокаскадного фотоумножителя

вышающий потенциал предыдущего на 100-150 В. На анод приходит умноженный во много раз поток электронов, так что ток анода гораздо больше фототока катода; происходит внутреннее усиление тока. Коэффициент усиления тока равен: К = а , где п - количество динодов; о - коэффициент вторичной эмиссии, показывающий, сколько вторичных электронов эмиттируется под действием одного первичного. Соответственно, чувствительность фотоумножителя в К раз больше, чем чувствительность фотокатода и достигает 100 А/лм.

Недостатками многокаскадных умножителей являются высокое напряжение питания и большой собственный шум.

В кинотехнике для воспроизведения звука с фотографических фонограмм нашли применение однокаскадные фотоумножители. Однокаскадный фотоумножитель имеет три электрода: фотокатод, динод и анод. Фотокатод служит для осуществления фотоэлектронной эмиссии. Динод - это вторично-эмиссионный электрод. Анод служит для ускорения первичных и вторичных электронов, а также для собирания вторичных электронов.

Устройство однокаскадного фотоумножителя типа ФЭУ-1, а также его условное графическое обозначение на схемах показано на рис. 3.16. Фотокатод в виде тонкого светочувствительного слоя нанесен на половину внутренней поверхности стеклянного баллона. На противоположной стороне баллона нанесен

такой же по материалу, но небольшой по площади слой, являющийся динодом. Катод и динод - сурьмяно-цезиевые. Внутри баллона (ближе к диноду) расположен анод в виде редкой металлической решетки из тонкой проволоки, натянутой на овальную металлическую рамку. Выводы трех электродов впаяны в пластмассовый цоколь.

Схема включения однокаскадного фотоумножителя (рис. 3.17, а) содержит две цепи: цепь анода и цепь динода. В цепь

Натод

Рис. 3.16. Однокаскадный фотоумножитель ФЭУ-1: а -устройство; б - условное графическое обозначение



- Первичные электроны

< Вторичные

электроны

Рис. 3.17. Схема включения (а) и принцип действия (б) однокаскадного фотоумножителя

анода входят: источник анодного питания Е, нагрузка /? и промежуток анод - катод; в цепь динода входят: источник питания Ед и промежуток динод - катод. В практических схемах оба электрода питаются от одного источника Е; на анод подается -1-220 В, а на динод--hi70 В относительно катода через

гасящие резисторы.

Принцип действия однокаскадного фотоумножителя поясняет рис. 3.17, б, на котором схематически показаны: световой поток - пунктирными линиями, поток первичных электронов -



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



ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.


Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы
.