18.09.12

Диск один покрытый слоем черни 2 поглощающие подающее на него излучение нагревается при температуре при которой мощность рассеивающее излучением теплопроводника и конвекционно будет равна поглащающей скорости потока.

Коэффициент поглощения чернённой поверхности мало отличается от единицы в диапазоне от ультрафиолетового до инфракрасного излучения. Если имеет слой толщиной до 40 микрон. Таким образом, выходная величина приёмника оказывается пропорциональна интегральной мощности падающего на его приёмную площадку излучения и не зависит от спектрального состава излучения. Тепловые приёмники с изменяющимся сопротивлением называются болометрами.

Фотоэлементы в отличие от тепловых приёмников являются селективными преобразователями. Поэтому выходная мощность фотоэлементов определяется на ряду с интенсивностью падающего на них излучения и его спектральным составом. Спектральной чувствительностью фотоэлемента называется отношение приращения фототока к изменению монохроматического потока длиной волны (лямбда) и записывается это так:

На практике чаще используется относительная спектральная характеристика. Обозначается:

Порог чувствительности фотоэлементов ограничивается флуктуационными помехами и темновым током. Фотоэлементы с внешним фотоэффектом это вакуумные и газонаполненные фотоэлементы, а так же фотоумножители. Принцип действия отмеченных фотоэлементов заключается в том что кванты света достигая чувствительной поверхности(фотокатода) выбивают из него электроны, которые увлекаются внешним электрическим полем. И создают фототок. Электрон может покинуть катод в том случаи, если энергия фотона больше работы выхода и записывается это так:

Вакуумные фотоэлементы

Они выполняются в виде сферических, стеклянных баллонов. На внутреннюю поверхность, которых наносится слой фоточувствительного материала, который образует фотокатод. И представить это можно так:

При образовании светового потока в ток, в вакуумных фотоэлементах практически безынерционно. Так как определяется в основном временем фотоэмисии (10^-12секунды) и временем пролёта электронов (10^-9секунды). При измерении слабых световых потоков необходимо учитывать ток, текущий через фотоэлемент, когда он затемнён. Чувствительность вакуумных фотоэлементов лежит в диапазоне 10-100 микроАмпер/Люмен.

Газонаполненные элементы

Они позволяют получать токи в несколько раз большие по сравнению с токами от вакуумных фотоэлементов. При заполнении фотоэлемента инертными газами(аргон, гелий), фотоэлектроны движутся к аноду и сталкиваются при движении с молекулами газа и тем самым ионизируют их. В результате от катода к аноду движутся нарастающая лавина электронов, а к катоду лавина положительно заряженных ионов. Отношение величины тока усиленного за счёт ионизации к величине первичного фототока называется коэффициентом газового усиления и который может достигать величины 6-7 раз. Соответственно этому чувствительность газовых фотоэлементов составляет от 100-250 микроАмпер/люмен. По сколько максимальная амплитуда фототока достигает лишь через некоторое время после начала освещения, то эти фотоэлементы применяются для регистрации световых потоков с частотами не выше нескольких сотен Герц.

Фотоумножители

В фотоумножителях для усиления первичного фототока используется вторичная электронная эмиссия.

Для этого фотоумножителя помимо фотокатода и анода вводятся вторичные катоды называют их эмиттеры и системы фокусировки электронного пучка. Коэффициент вторичной эмиссии может достигать 2-4, а общий коэффициент усиления в многокаскадных фотоумножителях достигает 100 тысяч. В результате выходной ток фотоумножителей достигает одного миллиАмпера. Явление вторичной электронной эмиссии практически без инерционно и поэтому фотоумножителей как и вакуумные фотоэлементы могут использоваться для регистрации весьма быстро протекающих процессов.

Фоторезисторы

Фоторезисторы представляют собой однородную полупроводниковую пластину с контактами, которая при освещении уменьшает своё сопротивление в результате внутреннего фотоэффекта. Спектральные характеристики фоторезисторов определяются свойствами используемых полупроводниковых материалов. ВольтАмперные характеристики это световой ток от напряжения:

Фоторезисторы линейны в пределах допустимых мощностей рассеяния. Световая характеристика это ток от величины потока:

Световая характеристика линейна только при малых уровнях светового потока. Практически до освещённости 200-300 Люксов. Постоянная времени фоторезисторов составляет 10^-2-10^-5секунды. Порог чувствительности фоторезисторов определяются дрейфом темнового сопротивления и шумами различных видов. Характеристики фоторезисторов (темновое сопротивление, чувствительность, инерционность) сильно зависят от температуры. Так темновое сопротивление и чувствительность с ростом температуры уменьшаются, а постоянная времени увеличивается. Измерительные цепи фоторезисторов строятся с использованием как постоянного, так и переменного напряжения питания. Наиболее распространённой измерительной цепью является мостовая схема. Пример, который приведён на следующем рисунке:

Здесь 1 и 2 это фоторезистора, 3 усилитель, а Е источник питания. U пропорционально отношению проводимостей двух фоторезисторов этого преобразователя.