Электронные фотоэлементы с внешним фотоэффектом

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Фотоэлектрическими приборами называют преобразователи лучистой энергии, благодаря которой изменяются электрические свойства вещества, образующего данный прибор.

Эти приборы делятся на два типа: с внешним и внутренним фотоэффектом.

Суть внешнего фотоэффекта состоит в том, что при облучении фотокатода светом возникает явление фотоэлектронной эмиссии. При этом ток фотоэмиссии прямо пропорционален световому потоку (закон Столетова):

I_Ф = k Ф

где I_ф — ток фотоэмиссии, мкА; Ф — световой поток, лм; k — интегральная чувствительность фотокатода.

Интегральная чувствительность равна значению фототока, вызванного световым потоком стандартного источника белого света в 1 лм.

Главные закономерности фотоэффекта были выведены А. Эйнштейном на основе фотонной теории света. Согласно этой теории, лучистая энергия излучается и поглощается не как непрерывный поток, а определенными порциями — квантами. Каждый квант (фотон) в зависимости от частоты излучения v обладает определенным количеством энергии:

W = h v

где h = 6, 66-10^-34 Дж*с — постоянная Планка.

Когда поток фотонов падает на фотокатод, энергия фотонов передается свободным электронам, которые, совершая определенную работу выхода W_o, покидают катод с начальной скоростью v_o. Этот процесс описывается уравнением Эйнштейна

hv = W₀+(m_e²v/2)

Из уравнения следует, что электрон может покинуть катод, если работа выхода меньше энергии кванта.

Суть внутреннего фотоэффекта состоит в том, что в полупроводнике под действием световой энергии возникают подвижные носители зарядов: пары электронов и дырок. При этом энергия фотона идет на перемещение электрона из валентной зоны в зону проводимости и сопротивление полупроводника уменьшается.

ЭЛЕКТРОННЫЕ ФОТОЭЛЕМЕНТЫ С ВНЕШНИМ ФОТОЭФФЕКТОМ

Фотоэлементами с внешним фотоэффектом называются электронные приборы, работа которых основана на явлении фотоэлектронной эмиссии с катода.

Фотокатодом элемента 1 (рис. 17.1) является тонкий слой светочувствительного материала (щелочно-земельного металла), которым покрыто около 50% внутренней поверхности колбы.

Анодом фотоэлемента 2является кольцо из тонкой никелевой проволоки, что обеспечивает свободное поступление света на фотокатод.

На рис. 17.2 представлена схема включения фотоэлемента, которая служит для преобразования светового потока в сигнал постоянного напряжения (тока). При освещении фотокатода в цепи появляется фототок I_ф, проходящий через сопротивление нагрузки R_н

Интегральная чувствительность k электронных фотоэлементов с кислородно-цезиевым катодом составляет 20—60 мкА/лм, с сурьмяно-цезиевым — 80 — 180 мкА/лм.

Электронные фотоэлементы широко применяются в различных областях науки и техники. В частности, их применяют в фотореле, которые обеспечивают контроль различных величин на производстве: освещенности, прозрачности сред, качества обработки поверхности деталей и т. п.

Электронные фотоэлементы, как и все фотоэлектрические приборы, обозначают буквенно-цифровым кодом. Например, СЦВ — 3 — электронный фотоэлемент с сурьмяно-цезиевым катодом, номер разработки — 3.