Установка

Схема лабораторной установки приведена на рис.2. В установку входят: регулируемый источник света, расположенный в полузатемненной камере, ФЭУ, усилитель импульсов с ФЭУ, частотомер, высоковольтный блок питания ФЭУ, блоки питания усилителя и источника света.

Рассмотрим работу основных узлов.

Источник света.В качестве источника используется светодиод, подключенный к стабилизированному источнику питания. Яркость свечения диода регулируется изменением тока посредством переменного резистора R₁,конструктивно оформленного в виде многосекционного переключателя. Резистор R₂ограничивает ток через светодиод.

Рис.2. Блок-схема установки.

ФЭУ.Фотоэлектронный умножитель - прибор для преобразования слабых световых сигналов в электрические. Его работа основана на явлении фотоэффекта. Схематически ФЭУ изображен на рис.3. Он состоит из фотокатода и 10-20 электродов (динодов), изготовленных из материала с большим коэффициентом вторичной электронной эмиссии. Фотокатод, диноды и анод ФЭУ размещены в откачанном стеклянном баллоне (подробнее их устройство можно рассмотреть в демонстрационном ФЭУ, закрепленном на лабораторной стойке). Соседние диноды находятся под напряжением 100-200 В по отношению друг к другу, причем напряжение на динодах растет по мере их удаления от фотокатода. При освещении полупрозрачного фотокатода из него вследствие фотоэффекта вырываются электроны, которые затем ускоряются приложенным напряжением и бомбардируют диноды, вызывая вторичную эмиссию электронов с поверхности динодов. Количество вторичных электронов превышает количество первоначальных. За счет этого продвижение электронов от фотокатода к аноду сопровождается лавинообразным увеличением их количества, значит, резко усиливается ток через ФЭУ. Коэффициент усиления составляет 10⁹- 10¹⁰. Для наших целей важно, что при таком большом усилении даже отдельные электроны, покинувшие фотокатод, создают на выходе ФЭУ импульсы тока значительной амплитуды, которые после небольшого дополнительного усиления в 10²- 10³раз (для этого установка содержит обычный радиотехнический усилитель) удается зарегистрировать стандартным частотомером.

Рис.3. Устройство ФЭУ.

Регистрация сигналов.Частотомер измеряет количество импульсов, поступающих на его вход за 1 секунду. Каждый импульс соответствует одному электрону, вылетевшему с фотокатода. При фиксированном световом сигнале на ФЭУ полное количество зарегистрированных импульсовnзависит от напряжения между катодом и анодомU_k, приложенного к ФЭУ. Эта зависимость носит название "счетная характеристика" и приведена на рис.4. Регистрируемые импульсы, то есть импульсы достаточно большой амплитуды, вызывающие срабатывание системы регистрации, появляются после некоторого порогового напряжения (примерно 1500 В). При увеличении напряжения количество импульсов сначала растет быстро, а затем значительно медленнее. Это так называемое "плато" счетной характеристики, в области которого количество зарегистрированных импульсов относительно слабо зависит от величины приложенного к ФЭУ напряжения. Именно эту область выбирают для работы с ФЭУ, так как в ее пределах удается зарегистрировать практически все электроны, покинувшие фотокатод. Отметим, что при дальнейшем увеличении напряжения количество импульсов резко возрастает (пунктир на графике). Это является следствием самопроизвольного испускания электронов динодами под действием приложенного напряжения (такой эффект носит название "автоэлектронная эмиссия").

Рис.4. Примерный вид счетной характеристики.