11.5. Приборы тлеющего разряда

Тлеющий разряд используется в газоразрядных приборах малой мощности. Несамостоятельный т тлеющий разряд имеет место в газоразрядном стабилитроне, самостоятельный тлеющий разряд — в декатроне. Декатрон представляет собой многоэлектродный переключающий прибор для коммутации малых токов.

Газоразрядный стабилитрон это двухэлектродный прибор, в котором возникает несамостоятельный тлеющий разряд в среде 1 газа при термоэлектронной эмиссии катода. На рис. 11.8 показаны условное изображение газоразрядного стабилитрона и его типовая вольт-амперная характеристика. Газоразрядный стабилитрон применяется для стабилизации напряжения в электрических цепях подобно полупроводниковому стабилитрону (см. рис. 10.13,б).

11.6. Электровакуумные фотоэлектронные приборы

В электровакуумных фотоэлектронных приборах используется явление фотоэлектронной эмиссии, которое заключается в том, что при облучении тела потоком энергии излучения (поток света) оно может испускать во внешнюю среду электроны. В электровакуумных фотоэлектронных приборах (фотоэлементах и фотоэлектронных умножителях) для этой цели служит фотокатод.

Фотоэлементом называется прибор, электрические свойства которого изменяются под действием падающего на фотокатод излучения. Электроды фотоэлемента — анод и катод — помещены в стеклянный баллон. В зависимости от степени разрежения газа в баллоне различают электронные (давление 10^–5–10^–4 Па) и газоразрядные (давление 10^–1–10^–3 Па) электровакуумные фотоэлементы. Фотокатодом служит слой щелочноземельного металла, нанесенного на подложку из серебра. Последняя осаждена непосредственно на внутренней стороне стекла баллона и соединена с соответствующим выводом. Покрытая серебром большая часть баллона образует с внешней стороны характерную зеркальную поверхность. В последней оставлено оконце для светового потока, направленного внутрь баллона на активную поверхность фотокатода. Анод выполняется часто в виде проволочного кольца, помещенного перед катодом (рис. 11.9). Чтобы получать ток в фотоэлементе, нужно воздействовать на освобождаемые светом электроны электрическим полем, т.е. необходим источник постоянного анодного напряжения.

Вольт-амперная характеристика I(U_A) электронного фотоэлемента (рис. 11.10,а) напоминает вольт-амперную характеристику электровакуумного диода (см. рис. 11.2). Сначала, при малых значениях анодного напряжения, ток I растет вместе с увеличением анодного напряжения. При некоторой освещенности фотокатода все электроны эмиссии достигают анода (ток насыщения), при дальнейшем повышении анодного напряжения ток фотоэлемента практически не изменяется. Ток насыщения зависит лишь от фотоэлектронной эмиссии, а следовательно, только от освещенности фото катода. Это — ценное качество электронного фотоэлемента. Зависимость тока насыщения от светового потока F — световая характеристика электронного фотоэлемента — линейна (рис. 11.10, б), что является следствием закона Столетова.

Чувствительность фотоэлемента определяется отношением изменения его тока насыщения к изменению светового потока: S = dI/dF, она относительно мала (20–80 мкА/лм). Чувствительность можно увеличить, если после откачки в баллон ввести сильно разреженный инертный газ. При работе такого газоразрядного фотоэлемента электроны эмиссии ионизируют газ и поток электронов от катода к аноду усиливается. Газовое наполнение увеличивает чувствительность

фотоэлемента примерно в 5 раз.

К недостаткам газоразрядных фотоэлементов следует отнести нелинейность световой характеристики и некоторую инерционность при работе, в то время как электронный фотоэлемент практически безынерционен.

Даже при газовом наполнении ток фотоэлементов в большинстве случаев недостаточен для приведения в действие исполнительных механизмов, поэтому фотоэлементы часто применяются с ламповыми или полупроводниковыми (рис. 11.11) усилителями. Пока фотоэлемент не освещен, транзистор находится в закрытом состоянии под действием ЭДС Е_Б в цепи базы. При освещении фотоэлемента база соединяется с положительным полюсом ЭДС Е_К, поэтому напряжение между базой и эмиттером становится положительным, транзистор открывается и ток коллектора возрастает до значения, достаточного для срабатывания исполнительного механизма ИМ.

Фотоэлектронным умножителем называется прибор, в котором ток фотоэлектронной эмиссии усиливается посредством вторичной электронной эмиссии. Поток электронов, освобождаемых под действием света фотокатодом Кат., электрическим, как на рис. 11.12 (или магнитным), полем направляется последовательно на ряд динодов — вспомогательных электродов. После каждого динода поток электронов увеличивается, так как добавляются вторичные электроны динода, освобождаемые ударами электронного потока. Таким образом, вследствие многократной вторичной эмиссии поток электронов у анода А оказывается во много раз больше потока фотоэлектронной эмиссии катода. Благодаря такому внутреннему усилению чувствительность фотоэлектронных умножителей чрезвычайно высока и достигает 1–10 А/лм. Однако не следует думать, что фотоэлектронные умножители рассчитаны на большие анодные токи — эти токи не превышают 10–15 мА. Их главная область применения — измерение силы света при очень малых освещенностях.

Глава двенадцатая

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ