ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

7.1. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Фотоэлектрическими называются такие преобразователи, у ко­торых выходной сигнал изменяется в зависимости от светового Потока, падающего на преобразователь. Явление фотоэффекта было открыто русским ученым А. Г. Столетовым в 1888 г.

Фотоэлектрические преобразователи или, как мы будем их на­зывать в дальнейшем, фотоэлементы делятся на три типа: фото­элементы с внешним фотоэффектом, фотоэлементы с внутрен­ним фотоэффектом и фотогальванические преобразователи.

Рассмотрим отдельные типы фотоэлементов с точки зрения их Характеристик и применения.

Фотоэлементы с внешним фотоэффектом. Они представляют со­бой вакуумные или газонаполненные сферические стеклянные бал­лоны, на внутреннюю поверхность которых наносится слой фото­чувствительного материала, образующий катод. Анод выполняет­ся в виде кольца или сетки из никелевой проволоки. В затемнен­ном состоянии через фотоэлемент проходит темновой ток, как следствие термоэлектронной эмиссии (порядка 10"'²А) и утечки между электродами (порядка 1СГ¹⁰... 10"⁷А). При освещении фото- Катод под влиянием фотонов света имитирует электроны. Если между анодом и катодом приложено напряжение, то эти электро­ны образуют электрический ток. При изменении освещенности фотоэлемента, включенного в электрическую цепь, изменяется соответственно фототок в этой цепи. Выходные токи вакуумных фотоэлементов не превышают нескольких микроампер. Значитель­ное усиление тока фотоэмиссии (порядка 1 мА) получают в фо­тоумножителях.

Газонаполненный фотоэлемент аналогичен вакуумному, но имеет определенное газовое наполнение. Благодаря ионизации газа про­исходит повышение чувствительности фотоэлемента и увеличение тока фотоэмиссии. К газонаполненным фотоэлементам относятся, например, кислородно-цезиевые типа ЦГ; к вакуумным — кисло- родно-цезиевые типа ЦВ и сурьмяно-цезиевые типа СЦВ.

Фотоэлементы с внешним фотоэффектом, как правило, тре­буют применения усилителей, так как их мощность очень мала.

Как видно из световых характери стик фотоэлементов различных типов (рис. 7.1), пропорциональ­ность между фототоком и свето вым потоком сохраняется не нп всем протяжении кривых 1—3, что важно учитывать для получения линейной шкалы измерительного прибора.

Отношение тока, усиленного за счет ионизации, к первичному фототоку называется коэффициен­том газового усиления, который мо­жет достигать значения 6... 7. Чув­ствительность газонаполненных фотоэлементов значительно выше вакуумных и составляет 100...250 мкА/лм.

Вольт-амперные характеристики вакуумных и газонаполнен­ных фотоэлементов (рис. 7.2, а, б) имеют различный характер кривых насыщения. Преобразование светового потока в ток в ва­куумных фотоэлементах зависит от напряжения питания фото­элемента весьма незначительно, а это значит, что в данном слу­чае динамическое сопротивление фотоэлемента остается прак­тически неизменным.

Чувствительность газонаполненных фотоэлементов (см. рис. 7.2, б) сильно зависит от напряжения питания, поэтому оно должно стаби­лизироваться и не превышать 100...240 В, так как выше этого зна­чения идет область самостоятельного разряда.

На практике широко используют вакуумные фотоэлементы, имеющие бесспорные преимущества перед газонаполненными: независимость в определенном диапазоне от питающего напря­жения, высокая температурная устойчивость, меньшая утом-

Рис. 7.2. Вольт-амперные характеристики фотоэлементов: а — вакуумных; б — газонаполненных

ляемость и инерционность (преобразование светового потока в ток в них осуществляется практически безынерционно).