Источники и приемники излучения - Ишанин Г.Г.
ISBN 5-7325-0164-9
Скачать (прямая ссылка):
Влияние темнового тока можно уменьшить при модуляции лучистого потока и наличии разделительной емкости Ср, исключающей постоянные составляющие, возникающие в цепи ФЭ из входной цепи регистрирующего устройства, работающего на переменном токе. Емкость при работе в импульсном режиме,
С (2 -г- 10) Ти_ р ^ Rn 4- "
где ти—длительность импульса или время модуляции (1//м, f м — частота модуляции лучистого потока); RBX — входное сопротивление регистрирующего устройства.
149
При работе с короткими световыми импульсами (порядка наносекунд) параллельно источнику включается блокировочный конденсатор Сбл (рис. 5.2, в), который обеспечивает низкое выходное сопротивление источника питания (конденсатор служит источником) и, кроме того, ослабляет электрические наводки на провода ФЭ.
Задавшись изменением напряжения ДУ на Сбл и зная максимальный импульсный ток ФЭ /тах и время его протекания tz, можно рассчитать Сбл по следующей формуле:
Сбл IrasyJas/•
3 импульсном режиме работы ФЭ RB можно включать в цепь анода, заземляя плюс источника — в этом случае полярность снимаемого импульса изменится на отрицательную величину.
При регистрации немодулированных лучистых потоков фотоэлемент работает с усилителем постоянного тока, ССл и Ср не нужны. В этом случае при значительных потоках излучения ФЭ может работать как диод, питающийся переменным сетевым напряжением. Фототок будет представлять собой импульсы (полуволны) с одной полярностью. Измерительный усилитель постоянного тока будет показывать среднее значение фототока (применяется редко).
Форма вольт-амперных характеристик ФЭ, уровень его максимальной освещенности и напряжение питания позволяют решить вопрос о выборе нагрузки.
Точка пересечения нагрузочной прямой с вольт-амперной характеристикой при максимальной необходимой регистрируемой освещенности должна лежать в области насыщения фототока (в этом случае небольшие колебания напряжения питания Vu не влияют на выходной сигнал /ф, a d/4/dKn = 0). При этом также желательно иметь максимальную вольтовую чувствительность Sv.
В случае работы в режиме насыщения d/4/dKn =0, =
= RHSIt где Sj — токовая чувствительность ФЭ, А/лм или А/Вт. Следовательно, для обеспечения 5^шах необходимо брать RHшах, оставляя точку пересечения прямой нагрузки с вольт-амперной характеристикой в области насыщения фототока (tg а — 1/RH), что обеспечивается при
Ян max < ТН^==ТГ+^Ф^Г’
где /т — темновой ток фотоэлемента; /ф — фототок; Фшах — максимальный регистрируемый поток излучения, лм или Вт.
Определим Syшах и постоянную времени схемной релаксации тР для ФЭ ЦВ-1, имеющего /т = 10~7 A, Va — 100 В, Sr — = 20 мкА/лм, Фшах = 0,4 лм, межэлектродную емкость 50 пФ. Подставив в уравнение (5.1) значения величин, получим
ю-’ + 20-Ю-в-0,4 = 12 м0м;
150
Sy max — Rh max'll — 240 B/jIM,
тр = «ншаxC= 1,2-107-50-10“12 = 6-10“4 c.
Повышение RH увеличивает и тр, что не всегда допустимо. Выбор RH > 12 мОм приведет к нелинейности выходного сигнала, так как УФЭ будет ниже потенциала насыщения УфЭнас.
Фотоэлементам присущи радиационный, дробовый шум, шум мерцания (фликкер-эффект) и другие. Кроме того, на вход регистрирующего устройства поступают тепловые шумы нагрузочного резистора Rn.
Шум мерцания присущ только ПИ на основе использования внешнего фотоэффекта и возникает он из-за непостоянства чувствительности фотокатода во времени, происходящей вследствие диффузионных процессов в фотокатоде. Процесс диффузии атомов щелочных металлов (приводящий к разной работе выхода фотоэлектронов в разных точках) протекает медленно, поэтому шум мерцания имеет зависимость 1// модуляции и сказывается только на низких частотах (/ <. 100 Гц), где он может превосходить дробовый шум на порядок. Шум мерцания измеряют экспериментально. Пороговый поток Фп ФЭ определяют через его интегральную чувствительность Sr и суммарное значение шумов /ш.
Фотоэлементы типа СЦВ-4 и Ф-8 с массивными непрозрачными фотокатодами на металлической подложке, освещаемые с фронтальной стороны, широко используются в качестве приемников сфокусированных потоков излучения, постоянных или модулированных по амплитуде в звуковом диапазоне частот.
Фотоэлементы с полупрозрачным фотокатодом, нанесенным на внутреннюю поверхность цилиндрической (Ф-10) или шаровой (Ф-3, Ф-6, Ф-8 и Ф-27) колбы, освещаемые с тыльной стороны, с центральным расположением анода используются в физических исследованиях для регистрации несфокусированных потоков излучения. В этом случае устраняется экранирующее действие анода. В измерительных ФЭ (Ф-1, Ф-6, Ф-4, Ф-9, Ф-10) для точных фотометрических измерений слабых или медленно изменяющихся по значению потоков излучения принимаются специальные меры для уменьшения токов утечки между выводами и вводится охранное кольцо.
Для регистрации наносекундных импульсов лазеров разработаны специальные быстродействующие сильноточные фотоэлементы типа Ф-22, ФЭК-09 (см. рис. 5.1, а) и другие. У подобных ФЭ расстояние между анодом и катодом мало, а прикладываемое напряжение между ними 2—5 кВ, что обеспечивает малое время пролета (и малый его разброс) фотоэлектронов, а следовательно, малую постоянную времени ПИ.
