случаев сурьмяно-цезиевый катод наносится на тонкую никелевую пленку - подложку.

Анодом прибора является кольцо 3, помещаемое в центре баллона, или сетка 3, располагаемая вблизи пластинчатого катода. Такое устройство анода не препятствует прохождению световых лучей на катод фотоэлемента.

Рис. 8-42. Устройство .электровакуумных фотоэлементов.

0 - с катодом на стекле баллона; б - с катодом в виде пластины;

1 - баллон; S - катод; 3 - анод;

4 - вывод катода; 5 - цоколь.

2 3

Рис. 8-43. Вольт-амперная (а) и световая (б) характеристики вакуумного фотоэлемента.

Вольт-амперная и световая характеристики вакуумного фотоэлемента. Основными характеристиками фотоэлементов являются: вольт-амперная, отображающая изменение фототока /ф от напряжения <7а при 0=const (рис. 8-43, а), и световая, показывающая зависимость /ф от величины светового потока Ф (рис. 8-43, б).

Вольт-амперные характеристики напоминают анодные характеристики пентода. При малых fa не все электроны, эмиттированные фотокатодом, попадают на анод. У поверхности катода образуется область отрицательного пространственного заряда. При дальнейшем увеличении напряжения пространственный заряд постепенно рассасывается и, наконец, все электроны, вышедшие с поверхности катода, устремляются на анод. Наступает режим насыщения.

Световая характеристика фотоэлемента отражает прямую пропорциональность между световым потоком и фототоком. Наклон световой характеристики определяется ко-

эффициентом К в уравнении (8-100).

Величина K=tgа называется интегральной чувствител.ьностью и определяет величину фототока, возникающего в результате облучения фотоэлемента световым потоком в один люмен независимо от его спектрального состава.

Наряду с вакуумными применяются также ионные (газонаполненные) фотоэлементы, баллоны которых заполняются разреженным газом (при давлении около 0,2 мм рт. ст.). В этих приборах электроны, двигаясь к аноду, соударяются с молекулами газа. При определенном уровне кинетической энергии электронов может произойти ионизация молекул газа. Вновь образованные электроны движутся к аноду, а положительно заряженные ионы перемещаются к катоду. Это движение электронов и ионов увеличивает плотность потока заряженных частиц, и анодный ток растет.

Вольт-амперная и световая характеристики ионного фотоэлемента имеют вид, показанный на рис. 8-44. При калых световых потоках число фотоэлектронов невелико и ионизация газа незначительна. Между световым потоком и анодным током сохраняется прямая пропорциональность. По мере увеличения Ф увеличивается число соударений электронов с молекулами газа и анодный ток за счет электронов и ионов возрастает. По этой же причине растет анодный ток при повышении анодного напряжения.

Увеличение тока в ионных фотоэлементах по сравнению с вакуумными принято характеризовать коэффициентом газового усиления

г.у= (8-102)

где /ф.г - ток в ионном фотоэлементе при рабочем анодном напряжении и некоторой величине Ф; /ф - ток насыщения в вакуумном фотоэлементе при той же величине светового потока (рис. 8-44, а).

Рис. 8-44. Вольт-амперная (о) и световая (б) характеристики ионного Фотоэлемента.

Обычно /Сг.у=5-:-10. Величину рабочего напряжения для ионных фотоэлементов выбирают такой, чтобы в приборе не возник лавинообразный процесс ионизации газа (самостоятельный, разряд), при котором

бомбардировка катода ионами может привести к его разрушению.

Ионные фотоэлементы инерционны. При облучении их световым потоком периодически меняющимся по интенсивности коэффициент газового усиления уменьшается с увеличением частоты изменения интенсивности. Эта особенность объясняется инерционностью процессов ионизации и деиони-

0,4 0,2

- . 3

3 10 А.

Рис. 8-45. Спектральная характеристика фотоэлементов.

/ - с сурьмяно-цезиевым катодом; 2 - с кислородно-цезиевым катодом.

зации газа, связанной с малой подвижностью ионов. В большинстве ионных фотоэлементов коэффициент газового усиления остается постоянным лишь на частотах до 1 кгц изменения интенсивности света.

Важное значение имеет чувствительность фотоэлементов к той или иной части спектра светового потока. Эти свойства фотоэлементов, вернее их катодов, отражаются спектральными характеристиками. Такие характеристики для сурьмяно-цезиевого и кис-лородно-цезиевого катодов показаны на рис. 8-45. Для первого катода характерна повышенная чувствительность к голубой, а для второго катода - к красной части спектра.

Фотоэлементы оцениваются еще одним параметром - темповым током /т, протекающим в цепи фотоэлемента, когда Ф=0. Темновой ток обусловлен термоэлектронной эмиссией катода и токами проводимости по стеклу.

Значение минимального тока фотоэлементов ограничивается уровнем собственных шумов этих приборов. Природа флюктуации и причина их возникновения в фотоэле-

ментах те -же, что и в электронных лампах. В ионных фотоэлементах уровень шумов* значительно выше, чем в вакуумных.

Фотоэлектронные умножители

Фотоэлектронными умножителями назы- вают приборы, содержащие, помимо фотокатода, специальное устройство для увеличения фототока. Увеличение тока в умножителях достигается за счет вторичной эмиссии со специальных электродов - вторично-электронных катодов, бомбардируемых электронами с других таких же электродов. Схематически устройство фотоэлектронного умножителя показано на рис. 8-46.

Электроны, эмиттируемые фотоэлектронным катодом 1 при облучении его световым потоком, устремляются под воздействием электрического или магнитного {в зависимости от конструкции умножителя) поля к первому вторично-электронному катоду 3. На его поверхность наносится кислородно-цезиевое, медно-серно-цезиевое или другое-сложное покрытие, при котором коэффициент вторичной -эмиссии а>1 {обычно а= =6-=-8). Таким образом, еаяи при данном световом потоке ток с фотоэлектронного катода равен /ф, то ток первого вторично-электронного катода равен о/ф, второго о/ф и т. д. Общий коэффициент усиления фототока в умножителе выражается формулой , ♦

/Су = о . \ (8-103),

где п - число вторичноэлектронных катодов (ступеней).

Для увеличения коэффициента усиления Ку поток электронов от одного катода к другому стремятся сфокусировать таК; чтобы все вторичные электроны падали на поверхность следующего катода.

Интегральная чувствительность фотоэлектронных умножителей равна произведению интегральной чувствительности фотоэлемента на входе умножителя на коэффициент усиления фототока:

/Сф = ККу

(8-104>.

Величина Кф достигает сотен ампер на люмен и, так же как и коэффициент Ку, увеличивается с повышением положительных.

Рис. 8-46. Устройство фотоумножителя. t - фотокатод; 2 - анод; 3 - вторично-электронные катоды.

напряжений, подводимых к вторично-электронным катодам и аноду.

Фотоэлектронные умножители примеия-йотся главным образом для регистрации и усиления слабых световых потоков. Поэтому при очень высокой интегральной чувст-.вительности величина анодного тока обычно не превосходит десятков миллиампер.

Чувствительность фотоумножителей, как и фотоэлементов, ограничивается уровнем собственных флюктуации. Источниками шумов в фотоумножителях являются: дробовой эффект тока фотокатода, работающего Б режиме насыщения, флюктуации коэффи- щента вторичной эмиссии вторичноэлект-:Р0нных катодов, разброс траекторий эле- ктронов при их движении с одного катода на другой и т. п.

Уровень собственных шумов фотоумножителей выше, чем у фотоэлементов.

8-11. ИОННЫЕ ПРИБОРЫ

Электрический разряд в газах

Ионными называют приборы, баллоны которых наполнены инертными газами {ар-тоном, неоном, криптоном и др.), их смесью, водородом или парами ртути.

В ионных приборах используются явления, связанные с электрическим разрядом в газе. В переносе электрических зарядов в междуэлектродном пространстве участву--ют не только электроны, но и положительные ионы. Начальная ионизация частиц газа происходит под воздействием внешних факторов: светового потока, космических лучей и др. Если к электродам прибора приложено некоторое напряжение, то эле--ктроны движутся к положительно заряжен- юму электроду - аноду, а отрицательные ионы - к катоду. При движении происходят соударения частиц с молекулами газа, возникают новые электроны и ионы (объемная ионизация). Источниками свободных электронов могут служить также термоэлектронные, холодные и вторичные катоды, испускающие электроны при бомбардировке их ионами (поверхностная ионизация). Наряду с процессом ионизации протекает и обратный процесс - рекомбинация свободных электронов и ионов. Эти два процесса находятся в динамическом равновесии.

Дрейфовое движение свободных электронов и ионов под действием разности потенциалов на электродах прибора образует ток через разрядный промежуток. Ско- рость движения тяжелых ионов меньше ско-;рости движения электронов; из разрядного промежутка в единицу времени уходит больше электронов, чем ионов, и в приборе образуется пространственный положительный заряд. Результирующий ток через прибор слагается из электронной и ионной со- ставляющих, так как разноименные заряды леремещаются во встречных направлениях. Характер электрического разряда в газе

зависит от отношения (М) числа вновь образуемых в результате ионизации электронов к числу первичных электронов. Если М<1, то разряд может происходить только под действием внешнего ионизатора (несамостоятельный разряд). Если же М >1, то разряд протекает и после прекращения действия внешнего ионизатора (самостоятельный разряд).

Начальная стадия самостоятельного разряда соответствует темному разряду, который характеризуется малым током, ограниченным большим внешним сопротивлением, и слабым свечением газа. При увеличении тока через прибор возникает тлеющий разряд, для которого характерно постоянство разности потенциалов на электродах при изменении тока в весьма широких пределах.

При дальнейшем увеличении тока тлеющий разряд переходит в дуговой (большой ток и незначительная разность потенциалов на электродах прибора).

В ионных приборах используется тлеющий, а также самостоятельный и несамостоятельный дуговой разряды.

В группу приборов дугового разряда входят приборы, работающие при несамостоятельном дуговом разряде, снабженные подогревным катодом, - газотроны, тиратроны, а также приборы, в которых происходит самостоятельный дуговой разряд, - игнитроны, ртутные вентили и др.

Приборы и их характеристики

1азотроны. Газотронами называют неуправляемые вентили, служащие для выпрямления переменного тока напряжением до нескольких сотен киловольт. Низковольтные газотроны наполняются обычно аргоном, высоковольтные - парами ртути.

Катоды в этих приборах могут быть подогревными (в газотронах большой мощности) и прямонакальными; изготовляются они из торированного молибдена или оксидированного никеля.

Для ограничения путей электрического разряда анод в мощных газотронах выполняется в виде чаши, накрывающей катод.

Основная характеристика газотрона - вольт-амперная. При повышении анодного напряжения до величины напряжения зажигания в приборе возникает лавинообразный разряд, который поддерживается за счет термоэлектронной эмиссии с катода.

Газ в баллоне прибора после возникновения разряда сильно ионизирован. У поверхности катода образуется скопление ионов, вызывающее катодное падение потенциала.

Тиратроны. Тиратроном называют ионный прибор, содержащий анод, катод, одну или несколько сеток. Наиболее часто применяются тиратроны с накальным катодом, работающие при несамостоятельном дуговом разряде. Устройство тиратрона с одной сеткой показано на рис. 8-47.