Фотоелектронні елементи

Рисунок 1.3 Принципова схема включення фотоелементу

Будова електровакуумного фотоелементу показане на рис.1.4а. У скляному балоні, з якого видалено повітря, поміщені у вакуумі або в газі два електроди: катод Ки анод А. Катод у вигляді тонкого металевого світлочутливого шару зазвичай наноситься на внутрішню поверхню скляного балона фотоелемента як показано на рис.1.4а. Анод виготовляють найчастіше у вигляді невеликого, дротового кільця, розташованого в центрі балона.

Іноді у фотоелементах, призначених для роботи в місткових схемах, крім основного анода, поміщають другий, додатковий анод із протилежної сторони катода (рис.1.4б).

Є також конструкції фотоелементів з однаковими електродами, їх називають двох-катодними. У такому приладі в балон поміщають дві однакові світлочутливі поверхні і живлять їх змінним струмом. Кожна поверхня, при опромінені одним джерелом по черзі стає катодом і анодом, щоб фотоелемент проводив струм в обох напрямках.

Основними характеристиками фотоелемента, необхідними для вибору його робочого режиму є:

1) вольт-амперні характеристики, що показують залежність струму фотоелемента від величини анодної напруги при постійному світловому потоці, тобто криві I_а = f(Ua), при різних F = const (рис.1.5а);

2) світлові характеристики, що показують залежність струму фотоелемента від величини світлового потоку при постійній анодній напрузі, інакше, криві I_a= f(F), при різних U_a= const (рис.1.5б). Іонний фотоелемент має нелінійну характеристику — збільшення емісійного струму супроводжується більш інтенсивною іонізацією і непропорційним збільшенням струму на аноді. При використанні іонних фотоелементів неможливо уникнути нелінійних викривлень;

3) крутість світлової характеристики x=di_a/dF мкА/лм характеризує роботу фотоелемента при змінному світловому потоці.

У газонаповнених фотоелементах вольт-амперна характеристика, на відміну від характеристики вакуумного фотоелемента, не має різко вираженої області насичення (рис.1.5в); при збільшенні струму I_адо величини струму емісії фотокатода крива злегка загинається, але при подальшім збільшенні анодної напруги внаслідок виникаючої іонізації газу струм починає різко збільшуватися. Розряд залишається несамостійним доти, поки напруга на аноді не буде дорівнювати потенціалу запалювання U_з, при якому в фотоелементі виникає самостійний тліючий розряд. Самостійний розряд у фотоелементі приводить до руйнування катода, що неприпустимо.

Відношення струму при робочому режимі (U_a ≈ 220 – 240 В) у газонаповненому фотоелементі до струму насичення, який був би в цьому фотоелементі при відсутності в ньому газу (ця величина визначається легким вигином характеристики), називається коефіцієнтом газового посилення К_г=I_газ/I_вак. Для збільшення газового посилення необхідно вводити у фотоелемент більше газу; але, у той же час, при великому тиску газу легко виникає самостійний розряд. Тому тиск газу у фотоелементах беруть порядку 10 ^-2 мм рт. ст, що забезпечує коефіцієнт газового посилення від 5 до 8.

Необхідно також відзначити, що вольт-амперні характеристики електронних фотоелементів із сурм'яно-цезієвим катодом при більшому освітлювані не мають насичення, тобто зі збільшенням напруги струм продовжує зростати. Це пояснюється більшим поздовжнім опором шару сурм'яно-цезієвого катода. При значному струмі, між віддаленими областями поверхні катода виникає різниця потенціалів. В результаті частина емітованих електронів переходить не на анод, а вертається до катода. Збільшення анодної напруги, що перешкоджає поверненню електронів, приводить до збільшення струму. Електрони, що вертаються, бомбардуючи катод, вибивають із нього вторинні електрони.