Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Саратовский Государственный Технический Университет

Ионный фотоэлемент

Методические указания к лабораторной работе

по дисциплине «Вакуумные и плазменные приборы и устройства»

для студентов направления подготовки

«Электроника и микроэлектроника» 21.01.00( бакалавр 21.01.00.62)

и специальности 21.01.05 «Электронные приборы и устройства»

(инженер 21.01.05.69)

Саратов 2010

1. Цель и содержание работы:

Ознакомиться с физическими основами действия ионного (газонаполненного) фотоэлемента, изучить его характеристики и параметры.

В работе исследуются анодные и световые характеристики фотоэлемента, определяется интегральная чувствительность фотоэлемента k_z в номинальном режиме, а также коэффициент газового усиления. Рассчитывается чувствительность фотоэлемента по напряжению. Измеряется зависимость величины фототока от длины волны падающего света, рассчитывается и строится в относительных единицах спектральная характеристика.

Изучается инерционность фотоэлемента, снимается его частотная характеристика. Исследуется процесс утомления фотокатода. Экспериментально определяется темновой ток фотоэлемента.

2. Схемы:

Питание фотоэлемента осуществляется от источника постоянного напряжения 300 в, напряжение регулируется с помощью потенциометров. Для предотвращения возникновения самостоятельного разряда в цепь фотоэлемента включено балластное сопротивление R₅ порядка 100 ком. Для изучения характеристик фотоэлемента с нагрузкой в анодной цепи служит сопротивление R_a (порядка 10 Мом). При снятии статических характеристик оно должно быть зашунтировано ключом к.

Исследуемый фотоэлемент вставляется в панельку, укрепленную в фотокамере. Снаружи фотокамеры имеются две клеммы для подключения фотоэлемента к электрической схеме.

Для изучаемых частотных характеристик дополнительно собирается часть схемы, показанная в верхней части рис. 1. Переменное напряжение, снимаемое с нагрузочного сопротивления R_a, измеряется с помощью лампового милливольтметра и поступает на вертикальный вход осциллографа. На горизонтальный вход подается напряжение от звукового генератора (ЗГ). Частота модуляции светового потока измеряется по фигурам Лиссажу.

к осциллографу (У) к осциллографу (X)

Рис 1. Схема для исследования ионного фотоэлемента.

Способ изменения и контроля светового потока Ф и его спектрального состава, а также модуляции светового потока изложен в инструкции по эксплуатации фотокамеры.

3. Задание:

1. Записать паспортные данные исследуемого фотоэлемента и зарисовать схему соединения его электродов с выводами.

2. Ознакомиться с инструкцией по эксплуатации фотокамеры, со способом регулирования и контроля светового потока и его спектрального состава, а также модуляции светового потока.

3. Собрать схему для снятия характеристик ионного фотоэлемента (рис. 1).

4. Проследить за процессом утомления фотокатода, отмечая изменения фототока во времени в течение 12- 15 мин после включения схемы.

5. Снять семейство статических анодных характеристик ионного фотоэлемента при различных световых потоках Ф. Начальный участок характеристик снимать особенно тщательно (0—40 б).

6. Снять статическую световую характеристику ионного фотоэлемента.

7. Снять световую характеристику с сопротивлением нагрузки в анодной цепи R_a при постоянном входном напряжении.

8. Снять характеристику зависимости фототока от длины волны падающего света для ионного фотоэлемента (см. ниже разд. 4).

9. Изучить инерционность ионного фотоэлемента, сняв его частичную

характеристику: , где - амплитуда (или эффективное значение) переменной составляющей фототока при частоте модуляции светового потока f, I₀ - амплитуда (или эффективное значение) переменной составляющей потока при очень низкой частоте (до 50 гц). Измерить темновой ток ионного фотоэлемента (см. разд. 4).

4. Методические указания:

1. В процессе всех измерений необходимо следить за постоянством тока в цепи осветительной лампы фотокамеры, устанавливаемого в соответствии с указаниями в инструкции к фотокамере.

2. Перед снятием анодных и световых характеристик необходимо убедиться, что фототок из-за утомления фотокатода не изменяется.

3. Перед снятием спектральной характеристики следует подобрать режим работы фотоэлемента и величину светового потока таким образом, чтобы в отсутствие светофильтров в цепи фотоэлемента протекал ток порядка 100 мка. Последовательно заменяя светофильтры и увеличивая таким образом пропускаемую ими длину волны, измерять величину фототока. Фототок в этих экспериментах определяется прибором М-95. Перед сменой светофильтров необходимо отключать напряжение питания фотоэлемента.

4. При измерении темпового тока фотоэлемента в его цепь следует включить гальванометр типа М-95 со шкалой 0 -0,1-1 мка.

5. Обработка результатов измерений:

1. Построить график утомляемости фотокатода ионного фотоэлемента в относительных единицах Отметить на графике время установления постоянного рабочего режима.

2. Подсчитать интегральную чувствительность фотоэлемента K_∑ в номинальном режиме по формуле , воспользовавшись снятой световой характеристикой.

3. Определить коэффициент газового усиления k_i, ионного фотоэлемента.

4. Подсчитать крутизну вольтамперной характеристики ионного фотоэлемента в рабочей точке .

5. Определить чувствительность по напряжению фотоэлемента при использованном в работе нагрузочном сопротивлении R_a по формуле:

Определить k_н по рабочей световой характеристике. Сравнить полученные результаты.

6. Рассчитать и построить в относительных единицах спектральную характеристику фотоэлемента: отношение величины фототока 4 при длине волны 𝛘 к мощности лучистого потока монохроматического света данной длины волны Е_𝛘/