Фотоэлементы с внешним фотоэффектом.

Фотоэлементами с внешним фотоэффектом называются электронные приборы, работа которых основана на явлении фотоэлектронной эмиссии с фотокатода.

Вакуумные и газонаполненные фотоэлементы.

У стройство внутри которого помещается фотокатод, расположенный на внутренней поверхности стеклянного баллона и занимающий до 50% всей поверхности (рис.2.2) .Вторая половина баллона прозрачная, через это окно попадает на катод световой поток. Анод имеет форму рамки и расположен так, чтобы не препятствовать попаданию света на катод.

Рис. 2.2 а) Конструкция фотоэлемента, условное обозначение в схемах:

Б) вакуумного фотоэлемента; в) газонаполненного фотоэлемента.

Фотоэлементы с внешним фотоэффектом бывают вакуумные и газонаполненные.

В вакуумных из баллона выкачен газ до высокой степени разряжения ( ), а в газонаполненных баллон заполняется инертным газом (аргоном) под давлением (1–10Па). Условное обозначение вакуумного, газонаполненного фотоэлемента (рис.2.2.б, в)

Характеристики фотоэлемента

1. Световая (Iф=f(Ф), при Ua=const) характеристика – зависимость фототока от величины светового потока при неизменной величине анодного напряжения.

Рис. 2.3 Световые характеристики фотоэлементов:

1) – вакуумных, 2) – газонаполненных

2. Вольтамперная (Iф=f(Ua),при Ф=const) характеристика – зависимость фототока от величины приложенного напряжения Ua, при постоянном световом потоке.

Рис. 2.4 Вольтамперные характеристики фотоэлементов

1) – вакуумных, 2) – газонаполненных.

3. Спектральная характеристика - зависимость чувствительности фотоэлемента к световым потокам разной длины волны.

Рис. 2.5 Спектральная характеристика:

1)– сурьмяноцезиевого, 2) – кислородно-цезиевого.

Применение.

Фотоэлементы с внешним фотоэффектом используются в фоторелейном и фотометрическом режимах.

Фоторелейный режим работы устройства:

- эти устройства имеют два устойчивых положения – включено и выключено. Одно – при отсутствии света, другое - при его появлении.

Фотометрический режим работы устройства:

- эти устройства реагируют на изменение или интенсивность светового потока.

Фотоэлектронные умножители.

Недостатком фотоэлементов с внешним фотоэффектом является их невысокая чувствительность. Это вызывает необходимость последующего усиления сигнала.

Повышение чувствительности можно получить за счет вторичной эмиссии.

Такие приборы получили название фотоэлектронных умножителей.

ФЭУ бывают однокаскадные и многокаскадные.

Однокаскадные ФЭУ имеют: фотокатод, анод и вторичный катод – динод.

В многокаскадных ФЭУ используется несколько динодов (n=10…15)

Их условное обозначение в схемах рис. 2.6.б.

Устройство.

Стеклянный баллон с высоким вакуумом. На верхнюю торцевую поверхность баллона наносится полупрозрачный катод. Попадающий на него световой поток вызывает фотоэлектронную эмиссию. Электроны с катода попадают под ускоряющее электрическое поле между динодом Д1 и фотокатодам, бомбардируя динод Д1, выбивают из него вторичные электроны, которые двигаясь к диноду Д2, имеющего более высокий потенциал, бомбардируют его и т. д. (рис. 2.6.а)

Обычно число вторичных элементов в 4-5 раз больше числа первичных электронов. Значит, каждый динод усиливает электронный поток в указанное число раз.

Мощный электронный поток, попадающий, на последний электрод анод определяет выходной ток через нагрузку (Rн).

Чувствительность ФЭУ достигает сотен ампер на люмен (А/лм)

Коэффициент усиления фототока , где

n – число динодов

G- коэффициент вторичной эмиссии ( )

Кi достигает в современных ФЭУ

Недостатком ФЭУ является: необходимость в высоковольтных источниках (несколько сотен В), изменение чувствительности во времени, неспособность переносить световые перегрузки.