книги из ГПНТБ / Власов В.Ф. Электронные и ионные приборы Учеб.пособие для радиотехн.вузов и фак

Рис. 23.50

Рис. 23.51

670

ние коэффициента усиления по току а с ростом частоты учитывают путём включения генератора тока в выходной цепи через цепочку RC (рис. 23.52). Параметры цепочки должны быть таковы, чтобы удовлетворялось равенство

Оllj

J<3-

k 'Л

Рис. 23.54

частоты эквивалентная схема, в которой генератор тока включается через ли­ нию, состоящую из сопротивлений ' и ёмкостей С (рис. 23.54). Параметры линии должны удовлетворять соотношению

2,43

В этой схеме зависимость а от частоты определяется формулой

°о

cb (i согС)х!ъ (23.54)

Формула даёт хорошее совпадение с экспериментом для модуля до ча­ стот ш< 10шо , а для фазы до частот <о<ш(1

Из ёмкостей переходов в обеих схемах обычно учитывается только ёмкость коллектора Ск как наиболее влияющая на частотные свойства триода.

671

6 7 2

§23.8. Шумы в полупроводниковых триодах

Вполупроводниковых триодах, так же как и в полупровод­ никовых диодах, существуют два вида флуктуационных шу­ мов — «низкочастотные» и «высокочастотные».

Низкочастотные шумы имеют наибольшую интенсивность на самых низких частотах. С увеличением частоты интенсивность этих шумов уменьшается по закону

фекта в электронных лампах имеют равномерный спектр вплоть до свч. На частотах ниже 500 -ь- 1000 гц преобладают низкочас­ тотные шумы. На более высоких частотах значительнее шумы второго вида.

В дополнение к шумам, имеющимся в полупроводниковых диодах, в триодах наблюдаются повышенные флуктуационные шумы, вызванные распределением эмиттерного тока между кол­ лектором и базой. Как и в электронных лампах с положитель-

но заряженными сетками, токораспределение приводит к уве­ личению собственных шумов.

Для количественной оценки уровня флуктуационных шумов в полупроводниковых триодах применяется параметр, называе­ мый коэффициентом шумов К ш. При введении этого параметра полупроводниковый триод, подобно тому, как это производи­ лось в случае электронных ламп, принимают идеальным (не шумящим), а ток флуктуаций в цепи коллектора, создающий на

включённого во входную цепь и имеющего внутреннее сопротив­ ление, равное сопротивлению эмиттера г / ) . Это напряжение сравнивают при вычислении коэффициента шумов с напряже­ нием Е шо , определяемым из формулы

которая, как известно, служит для вычисления тепловых шумов в сопротивлениях. В данном случае источником шумов счита­ ют внутреннее сопротивление генератора шумовой эдс, т. е. гэ.

Коэффициентом шумов называют отношение

Коэффициент шумов показывает, во сколько раз интенсив­

мящем) триоде, имеющем те же статические параметры; при этом считается, что в идеальном триоде источником флуктуа­ ционных шумов является сопротивление эмиттера гэ, на зажи­ мах которого действует переменное напряжение Ешо, опреде­ ляемое ф-лой (23.56).

Обычные плоскостные триоды имеют коэффициент шума порядка Ю н-20 дб. Точечные триоды имеют значительно более высокий уровень шумов — на 30н-40 дб выше, чем плоскост­ ные. Коэффициент шумов у различных образцов полупроводни­

]) Равенство величины внутреннего сопротивления генератора шумовой эдс и сопротивления эмиттера соответствует оптимальному согласованию ге­ нератора с его нагрузкой.

674

Г Л А В А 24

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ. ЗАПОМИНАЮЩИЕ ТРУБКИ

§ 24.1. Фотоэлементы

Основные типы фотоэлементов

Фотоэлементами называются приборы, служащие для пре­ вращения энергии света в энергию электрического тока. Фото­ элементы применяются в самых разнообразных областях науки и техники. В технике связи фотоэлементы используются в уста­ новках для передачи изображений (фототелеграфия), для те­ левидения, в различных приборах для сигнализации и связи на невидимых (инфракрасных) лучах. Кроме устройств связи, фотоэлементы применяются в звуковом кино, в промышлен­ ности в качестве реле для управления автоматическими стан­ ками, в астрономии в качестве фотометров для измерения яр­ кости звёзд и т. д. Фотоэлементы по принципу их действия раз­ деляются на две основные группы: 1) фотоэлементы, исполь­ зующие явление внешнего фотоэффекта, когда под действием света в приборе возникает электронная эмиссия; такими при­ борами являются электровакуумные фотоэлементы — электрон­ ные и ионные и 2) фотоэлементы, использующие явлениевнут­ реннего фотоэффекта, так называемые полупроводниковые фо­ тоэлементы, когда под действием света либо изменяется элек­ трическая проводимость вещества (такими приборами являют­ ся фотосопротивления), либо возбуждается собственная элек­ тродвижущая сила (такими приборами являются вентильные фотоэлементы); к этой же' группе относятся вентильные фото­ элементы, известные под названием фотодиодов и фототранзи­ сторов.

Электровакуумные фотоэлементы

Электровакуумные фотоэлементы изготовляются двух типов: электронные, в которых ток образуется только электронами, вы­ ходящими из катода под действием света, и ионные, в которых благодаря наполнению их инертным газом (гелием, неоном, ар­ гоном, криптоном, ксеноном) ток фотоэлектрической эмиссии

676

увеличивается за счёт возникновения несамостоятельного газо­

вого разряда (гл. 19).

Устройство электровакуумного фотоэлемента показано на рис. 24.1а. В стеклянном баллоне, из которого выкачан воздух, помещены в вакууме или в газе два электрода: катод К и анод А. Катод в виде тонкого металлического светочувствительного слоя обычно наносится на внутреннюю поверхность стеклян-

Рис, 24.1

ного баллона фотоэлемента (как показано на рис. 24.1а), вывод от катода делается сквозь боковую стенку баллона. Анод изго­ товляют чаще всего в виде небольшого, проволочного кольца, расположенного в центре баллона, он имеет вывод в ножку фотоэлемента на нижний цоколь.

Иногда в фотоэлементах, предназначенных для работы в мостиковых схемах, кроме основного анода, помещают второй,

верхности и питают их переменным током. Каждая поверхность при освещении одним источником 5 поочерёдно является то катодом, то анодом и фотоэлемент проводит ток в обоих направ­ лениях.

Иногда электровакуумные фотоэлементы изготавливают спе­ циально для работы с ультрафиолетовыми лучами. Так как эти лучи сильно поглощаются обычным стеклом, то либо весь бал­ лон фотоэлемента, либо специальное окошко в баллоне изго­ товляют из кварца.

Для изготовления катодов электровакуумных фотоэлементов используют светоактивные металлы. Наиболее чувствительными в отношении фотоэлектрической эмиссии являются щелочные и щёлочно-земельные металлы, имеющие наименьшую по срав-

677

нению с другими металлами работу выхода; из них наибольшее применение получил цезий. Одним из наиболее распространён­ ных фотоэлементов является фотоэлемент с кислородно-цезие­ вым катодом. В 1937—1938 гг. в СССР были разработаны и теперь изготовляются сурьмяно-цезиевые фотоэлементы, превос­ ходящие по некоторым своим свойствам кислородно-цезиевые.

Кислородно-цезиевый фотокатод устроен следующим обра­ зом. На одну половину внутренней поверхности баллона нано­ сят слой серебра и окисляют его. Затем внутрь баллона посте­ пенно, в небольших количествах вводят пары, цезия, которые осаждаются на слое серебра, при этом цезий частично окисляет­ ся, восстанавливая серебро. В результате получается катод сложной структуры, в котором на слое серебра, называемом «подложкой», находится слой окиси цезия, в который вкрапле­ ны частицы чистого цезия и серебра. При последующем про­ греве фотоэлемента до температуры 170 + 190°С на поверхно­ сти окиси цезия образуется мономолекулярный слой адсорби­ рованных атомов цезия. При освещении такого катода светом длинноволновой части спектра электроны эмитируются мономолекулярной плёнкой цезия; при световых лучах с малой длиной волны в эмиссии электронов принимают участие также частицы цезия и серебра, вкраплённые в слое окиси цезия.

В сурьмяно-цезиевых фотоэлементах для изготовления като­ да сначала получают на стекле баллона или металлической подложке слой сурьмы (путём испарения её в вакууме), на ко­ торый затем осаждаются пары цезия. В результате химической реакции образуется соединение сурьмы и цезия (SbCs3), внутри и на поверхности которого имеются адсорбированные атомы чи­ стого цезия. Это соединение по своим свойствам является полу­ проводником, прозрачным для света с длиной волны больше

О

6000 А и имеющим очень большое электрическое сопротивле­ ние. Сурьмяно-цезиевые фотоэлементы изготовляют двух типов: 1) катод получают непосредственно на стекле баллона, 2) катод располагается на металлической (обычно никелевой) пластинке.

Количество электронов, испускаемых металлом при фотоэф­ фекте, прямо пропорционально величине светового потока, па­ дающего на поверхность металла. Следовательно, величина тока фотоэлектрической эмиссии, получающейся в фотоэлементе, может быть выражена уравнением / а=Кф F, где F—световой по­

величину фотоэлектрического тока, создаваемого в фотоэлемен­ те световым потоком в один люмен, и поэтому может быть взят в качестве основного параметра фотоэлемента. Он называется чувствительностью, или интегральной отдачей фотоэлемента и измеряется обычно в микроамперах на люмен.

678

Чувствительность вакуумных кислородно-цезиевых фотоэле­ ментов равняется 20-ь- 30 мка/лм, доходя в некоторых образцах до 50 -ь- 60 мка/лм, в газонаполненных фотоэлементах рабочий ток вследствие ионизации газа получается больше и чувстви­ тельность равняется в среднем 150 -5-200 мка/лм.

В сурьмяно-цезиевых фотоэлементах чувствительность равна GO -г- 90 мка/лм, достигая в газонаполненных фотоэлементах ве­ личины 150-ь- 200 мка/лм.

Чувствительность (интегральная отдача) фотоэлемента опре­ деляет результат воздействия на фотокатод всего светового по­ тока, содержащего в себе световые колебания различных частот, в общем случае от ультрафиолетовых лучей до инфракрасных. Но распределение энергии по спектру для используемых в тех­ нике осветителей (лампы накаливания, дуга) неравномерно; обычно на более коротких волнах (видимый свет) излучение энергии значительно меньше, чем на длинных (инфракрасные лучи), что видно, например, на рис. 24.2, где кривая 1 показы­ вает распределение энергии в потоке, даваемом электрической лампой накаливания с вольфрамовым катодом при 7'=2850°К. Поэтому, кроме величины полной чувствительности (интеграль­ ной отдачи), весьма важной характеристикой фотоэлемента яв­ ляется его спектральная характеристика, показывающая вели-

Рис. 24.2

чину чувствительности фотоэлемента к световым колебаниям различных длин волн или, иначе, распределение его чувствитель­ ности по спектру частот.

Различная чувствительность фотоэлемента к лучам разной длины волны обусловливается тем, что поверхностный слой ве­ щества, эмитирующего под действием света электроны, с раз­ личной интенсивностью поглощает энергию колебаний различ­ ных частот. При адсорбции атомов металла на поверхности другого вещества изменяется полоса частот колебаний, вызыва­

679