Кристалл CdS 16 страница

Электронная (или ионная) оболочка сетки находится в динамическом состоя­нии. Так, например, ионы, коснувшись отрицательно заряженной сетки, отни­мают от нее электроны и превра­щаются в нейтральные атомы, но на смену им к сетке притягиваются из плазмы новые ионы. Если увеличить отрицательное напряжение сетки, то она притянет больше ионов. Заряд ионной оболочки увеличивается и снова полностью компенсирует действие отри­цательного заряда сетки. Иначе можно сказать, что поле, создаваемое зарядом сетки, сосредоточено между сеткой и ее ионной(или электронной)оболочкой, как между обкладками конденсатора. Это поле не проникает через оболочку, поэтому не может влиять на ток анода.

Схема включения тиратрона тлеюще­го разряда в качестве реле показана на рис. 21.13. Напряжение анодного источника Е_л должно быть меньше ^втах, а напряжение Е_д — меньше того, которое необходимо для возникновения разряда в промежутке сетка — катод. Резистор R_g ограничивает сеточный ток и.поэтому увеличивает входное сопро-

э ©

еево

? О О 11 О о—

Рис. 21.13. Включение тиратрона тлеющего разряда в качестве реле

тивление схемы для источника импуль­сов, отпирающих тиратрон. Когда поло­жительный импульс напряжения, до­статочный для отпирания, поступает на сетку, то возникает разряд на участке сетка — катод. Если при этом получается необходимый ток сетки, то разряд пере­ходит и на анод. Следовательно, им­пульс напряжения и тока от маломощ­ного генератора в цепи сетки вызывает значительный ток в нагрузке R_H, вклю­ченной в анодную цепь.

Ряд тиратронов тлеющего разряда выпускается с двумя сетками. В таких тиратронах управляющей является вто­рая сетка, более удаленная от катода. На первую сетку подается постоянное положительное напряжение, и в цепи этой сетки все время существует очень небольшой ток (единицы или десятки микроампер) так называемого подгото­вительного разряда. На второй сетке по­стоянное положительное напряжение ниже, чем на первой. Поэтому тормо­зящее поле между сетками не до­пускает электроны к аноду. При подаче импульса дополнительного напряжения на вторую сетку тиратрон отпирается, т. е. электроны проникают сквозь вто­рую сетку, и в цепи анода возни­кает тлеющий разряд.

Наши отечественные тиратроны тлеющего разряда, как правило, имеют сверхминиатюрное оформление и напол­нены неоном, или аргоном, или неоно-аргоновой смесью. Они могут работать при температуре окружающей среды от — 60 до +100° С. Их долговечность составляет несколько тысяч часов. Рабо­чие напряжения сеток и анода десятки — сотни вольт. Время восстановления управляющего действия сетки после прекращения анодного тока зависит от длительности деионизации и обычно составляет десятки или сотни микро­секунд.

В качестве примера применения тиратрона рассмотрим простейшую схе­му тиратронного генератора пилообраз­ного напряжения (рис» 21.14, а). От источника анодного питания £_а через ре­зистор R заряжается конденсатор С. Параллельно конденсатору включен ти­ратрон Л. Во время заряда конден­сатора напряжение на нем растет, и когда оно достигает напряжения возникновения разряда ГУ_В, то тиратрон отпирается и начинает проводить ток. Сопротивление его становится сравни­тельно малым, и конденсатор быстро разряжается через тиратрон. Напряжение понижается до напряжения прекращения разряда U_n. Как только разряд в ти­ратроне прекратится, снова начнется сравнительно медленный заряд конден­сатора через резистор, сопротивление которого значительно больше сопротив­ления открытого тиратрона, и весь процесс будет повторяться.

конденсатора конденсатора

Рис. 21.14. Схема и график работы генера­тора пилообразного напряжения с тира­троном

График пилообразного напряжения, получающегося на аноде тиратрона и на конденсаторе, показан на рис. 21.14,6. Так как напряжение Г7_П у тиратронов

невелико, а напряжение ГУ_В достигает сотен вольт, то подобный генератор может выдавать пилообразное напряже­ние с большой амплитудой. Чем больше сопротивление R и емкость С, тем медленнее происходит заряд и тем ниже частота. Кроме того, если увеличить положительное напряжение сетки тират­рона, то понизится напряжение ГУ_В и это вызовет уменьшение амплитуды и по­вышение частоты.

21.5. ИНДИКАТОРНЫЕ ПРИБОРЫ

В. современной РЭА широко при­меняются различные индикаторные при­боры, в частности так называемые знаковые и цифровые индикаторы. Неко­торые из них относятся к газоразряд­ным приборам тлеющего разряда, но существуют и электронные электро­вакуумные индикаторы. Разработаны и используются также полупроводниковые индикаторные приборы, о которых рас­сказано в гл. 13.

Неоновые лампы применяются в ка­честве индикаторов напряжения и для других целей. Они представляют собой приборы тлеющего разряда, работающие в режиме аномального катодного паде­ния обязательно с ограничительным резистором Rorp.

О

Рис. 21.15. Вольт-амперная характеристика и условное графическое обозначение неоно­вой лампы

Вольт-амперная характеристика при­ведена на рис. 21.15. При возникновении разряда (точка А) происходит скачок тока и напряжения и начинается свече­ние. Дальнейшее повышение напряжения вызывает повышение тока. При этом

увеличивается плотность тока катода и яркость свечения. Характерно то, что при уменьшении напряжения кривая пой­дет выше, чем при увеличении. Разряд прекращается при более низком напря­жении, нежели возникает {U_n < Г7_В). В момент прекращения разряда ток скач­ком уменьшается до нуля, а напряжение скачком повышается, поскольку падение напряжения на резисторе R_orp скачком уменьшается до нуля и подводимое к цепи напряжение перераспределяется. Экспериментально напряжение Г7_П изме­ряют как наиболее низкое напряжение при наличии тока и свечения в лампе (перед прекращением разряда).

Разница между напряжениями U_n и Г7_В характерна для всех газоразрядных приборов, в частности для стабилитро­нов. У неоновых ламп напряжение ГУ_П на несколько единиц или десятков вольт ниже, чем напряжение Г7_В. Это объясняет­ся тем, что перед возникновением разряда газ неионизирован. А перед прекращением разряда газ ионизирован, и разряд существует при более низком напряжении.

Неоновая лампа применяется в ка­честве индикатора постоянного и пере­менного напряжения. При переменном напряжении разряд возникает в момент, когда мгновенное значение напряжения становится равным напряжению и_ъ.

Промышленность выпускает много различных неоновых ламп. Напряжение Г7_В у них может быть 50 — 200 В, а иногда и выше. Рабочий ток при нормальном свечении — от десятых до­лей миллиампера до десятков милли­ампер.

Значительный интерес представляет управляемая трехэлектродная индика­торная лампа, лмеющая анод и два катода: индикаторный и вспомогатель­ный, расположенные внутри анода. Через купол баллона можно видеть свечение газа только около индикаторного катода. Индикаторный катод ИК подключен к минусу источника через резистор R, а вспомогательный катод ВК непосредст­венно (рис. 21.16). Когда на лампу по­дано только напряжение от анодного источника, работает вспомогательный катод. Так как он заслонен анодом,

—о

Рис. 21.16. Включение управляемой индика­торной лампы

то свечения газа не видно. Пусть теперь на резистор в цепи индикатор­ного свечения катода подано допол­нительное управляющее напряжение в не­сколько единиц вольт с такой поляр­ностью, чтобы' оно суммировалось с напряжением анодного источника. Тогда напряжение между анодом и индика­торным катодом возрастает, разряд пере­брасывается на этот катод и лампа дает видимое свечение. Если же допол­нительное напряжение, подаваемое на ре­зистор, снять, то разряд снова будет только между анодом и вспомогатель-> ным катодом. Свечение газа у индика­торного катода прекращается.

Рис. 21.17. Варианты устройства (а, б) и ус­ловное графическое обозначение(в) знакового индикатора тлеющего разряда

Знаковые индикаторы тлеющего раз­ряда широко распространены. Принцип устройства их показан на рис. 21.17. В баллоне с неоном находятся катоды, выгнутые из проволоки в виде цифр или других знаков и расположенные один за другим. На рис. 21.17, а при­ведены для упрощения лишь первые два катода в виде цифр 1 и 2. В цифровых индикаторах имеется 10 като­дов в виде цифр от 0 до 9. Анод обычно сделан из проволочной сетки. При подаче напряжения между анодом и одним из катодов возникает свечение газа (около катода), т. е. виден светя­щийся знак. Толщина светящейся линии примерно 1 — 2 мм. Выпускаются подобные индикаторы с так называемы­ми сегментными катодами, синтезирую­щими изображение (рис. 21.17,6). Вклю­чение этих катодов в той или иной комбинации дает светящееся изображе­ние цифры или какого-то другого знака. В настоящее время выпускается много типов подобных индикаторов на различ­ные знаки.

Знаковые накалъные вакуумные инди­каторы дают синтезированное изобра­жение в виде цифр или букв, состав­ленное из накаленных проволочек (рис. 21.18). В баллоне с вакуумом

и

\Л

к)

Рис. 21.18. Знаковый накальный вакуумный индикатор

на теплостойкой изоляционной плате расположены вольфрамовые проволочки (нити накала). Один вывод у них делает­ся общий. Подключение к источнику накала той или иной комбинации про­волочек дает светящееся изображение цифры или буквы. Свечение желтого цвета соответствует рабочей температуре примерно 1200° С. Долговечность состав­ляет десятки тысяч часов.

Вакуумные люминесцентные индика­торы представляют собой многоанод­ные триоды, имеющие оксидный катод прямого накала, сетку и аноды-сегмен­ты, покрытые люминофором. Возможное расположение анодов для получения синтезированных знаков показано на

Рис. 21.20. Принцип устройства ЭЛИ

Рис. 21.19. Вакуумный люминесцентный ин­дикатор и его условное графическое обозна­чение

рис. 21.19. Включение нескольких анодов в определенной комбинации дает светя­щийся знак большей частью зеленого цвета.

Электролюминесцентные индикато­ры (ЭЛИ) предназначены для отобра­жения различной информации в систе­мах управления и контроля. В них используется явление электролюминес­ценции, состоящее в том, что некоторые вещества способны излучать свет под действием электрического поля. По устройству ЭЛИ представляет собой плоский конденсатор (рис. 21.20). На металлический электрод 4 нанесен слой диэлектрика 3 — органической смолы с люминесцирующим порошкам, основу которого обычно составляет сульфид или селенид цинка. Добавление к лю­минофору активаторов позволяет полу­чать различный цвет свечения: зеленый, голубой, желтый, красный, белый. Сверху люминесцирующий слой покрыт элект­ропроводящей прозрачной пленкой 2. Для предохранения от внешних воздей­ствий служит стеклянная пластинка 1. Если к электродам 4 и 2 приложить переменное напряжение, то под дейст­вием электрического поля в слое 3 возникает свечение.

Прозрачный электрод 2 обычно сде­лан из оксида олова и является сплошным, а электрод 4 имеет форму цифр, или букв, или сегментов для получения синтезированных знаков или геометрических фигур. Электрод 4 может быть растровым, состоящим из ряда полос, или матричным — с большим числом точечных элементов. Индика­торы эти бывают различных типов и размеров, дают светящееся изображение на темном фоне или темное изобра­жение на светящемся фоне, могут быть одноцветными или многоцветными.

Наиболее распространены буквенно-цифровые сегментные индикаторы. Для изображения цифр они имеют от 7 до 9 сегментов, а индикаторы с 19 сег­ментами позволяют высвечивать все циф­ры и буквы русского и латинского алфавита. Обычно ЭЛИ оформляются в пластмассовых корпусах. Для питания их применяется переменное синусоидаль­ное напряжение 220 В частотой от 400 до 1200 Гц. Линейные размеры высвечиваемых знаков могут быть от единиц до десятков миллиметров, и в зависимости от этого потребляется ток от десятых долей миллиампера до десят­ков миллиампер. Срок службы ЭЛИ составляет несколько тысяч часов. Рабо­чая температура окружающей среды до­пускается обычно от —40 до -|-50^оС. Несомненное достоинство ЭЛИ — малое потребление мощности при относитель­но высокой яркости изображения, плос­кая конструкция, высокая механическая прочность, большой срок службы. Не­достаток, как и у многих других индикаторов, — необходимость примене­ния довольно сложных систем управ­ления.

Жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ) основаны на использовании так называемых жидких кристаллов (ЖК), открытых еще в прошлом веке и пред­ставляющих собой некоторые органиче­ские жидкости с упорядоченным рас­положением молекул, характерным для кристаллов. В настоящее время известно большое число жидкокристаллических веществ и они изучены достаточно хо­рошо. Жидкие кристаллы прозрачны для световых лучей, но под действием электрического поля напряженностью 2 — 5 кВ/см структура их нарушается,

молекулы располагаются беспорядочно и жидкость становится непрозрачной.

5 5 4

Рис. 21.21. Принцип устройства и работы ЖКИ

Эти индикаторы могут иметь различ­ные конструкции и работать либо в проходящем свете, созданном каким-либо специальным источником, либо в свете любого источника (искусствен­ного или естественного), отражающем­ся в индикаторе. Рассмотрим этот последний, наиболее распространенный тип ЖКИ (рис. 21.21). Индикаторы такого типа применяются в наручных электронных часах, микрокалькуляторах и других устройствах. Между двумя

стеклянными пластинками 1 и 3, склеен­ными с помощью полимерной смолы 2, находится слой жидкого кристалла 4 толщиной 10 — 20 мкм. Пластинка 3 покрыта сплошным проводящим слоем (электрод 5) с зеркальной поверхностью. На пластинку 1 нанесены прозрачные слои — электроды А, Б, В,.... от которых сделаны выводы, не показанные на рисун­ке. Эти электроды имеют форму цифр, или букв, или сегментов для синтези­рования различных знаков. Если на зна­ковые электроды напряжение не подано, то ЖК прозрачен, световые лучи внешнего естественного освещения про­ходят через него, отражаются от элект­рода 5, выходят обратно и никаких знаков не видно. Но если на какой-то электрод, например А, подано напряже­ние, то ЖК под этим электродом становится непрозрачным, лучи света не- проходят через эту часть жидкости (6), и тогда на светлом фоне виден темный знак.

Жидкокристаллические индикаторы весьма экономичны. Ток, потребляемый для воспроизведения одного знака, не превышает 1 мкА. Долговечность ЖКИ составляет десятки тысяч часов. Не­достаток этих индикаторов — низкое быстродействие. Время появления или исчезновения знака, т. е. время перехода молекул ЖК из упорядоченного распо­ложения в беспорядочное или обратно, доходит до 200 мс. Для управления ЖКИ применяются довольно сложные устройства, обычно на основе интег­ральных микросхем.

Помимо рассмотренных индикатор­ных приборов простейшего типа разра­ботаны и выпускаются еще и другие, более сложные.

21.6. ДИСПЛЕИ

Дисплеи — это оконечные устройства информационных систем, служащие для визуального изображения информации и связи человека с машиной. Широко применяются дисплеи малого размера, например в электронных часах или микрокалькуляторах, и дисплеи боль­шого размера. Различные типы дисплеев основаны на использовании разнообраз­ных физических и химических явлений.

Все дисплеи можно разделить на две большие группы: излучающие свет и модулирующие свет.

Светоизлучающий дисплей должен давать свечение достаточной яркости. Особенно большая яркость необходима, если дисплей применяется при солнечном освещении. Важен цвет свечения: челове­ческий глаз наиболее чувствителен к жел­тому и желто-зеленому цвету. Изобра­жение должно быть контрастным. Чем больше отношение максимальной яр­кости к минимальной, тем выше конт­растность. Желательна широкая диаг­рамма направленности дисплея, т. е. возможность хорошей видимости изоб­ражения под разным углом зрения.

Для управления работой дисплея применяются токи и напряжения раз­личного вида и амплитуды. Всегда желательна возможно меньшая потреб­ляемая мощность. Дисплеи, работающие

с устройством на интегральных схемах, должны питаться напряжением не бо­лее 30 В. У дисплеев большого размера, потребляющих значительную мощность, важен более высокий КПД. Высокое быстродействие не требуется для дисп­леев, так как человеческий глаз не может различать изменения, происходя­щие быстрее чем за 0,1 с. Разрешаю­щая способность дисплея оценивается минимальным размером наблюдаемого элемента. Это может быть квадрат со стороной не менее 50 мкм. У мно­гих дисплеев этот элемент больше, причем он зависит от яркости и рас­стояния от дисплея до наблюдателя.

Некоторые типы дисплеев обладают «памятью», т. е. могут сохранять изобра­жение без потребления или с малым потреблением энергии.

Рассмотрим теперь основные типы светоизлучающих дисплеев.

В электронно-лучевых дисплеях ис­пользуются электронно-лучевые трубки, подробно рассмотренные в гл. 20.

Дисплеи на светоизлучающих диодах (принцип работы этих диодов описан в § 13.7), как правило, имеют неболь­шие (несколько сантиметров) линейные размеры и низкое (не более 5 В) напря­жение питания.

Дисплеи на газоразрядных элементах (в § 21.5 уже рассмотрены газоразряд­ные индикаторы), иначе плазменные, имеют две взаимно перпендикулярные системы электродов в виде проводящих полос. Между электродами инертный газ — неон, или ксенон, или смесь газов. Такие системы иногда называют еще газоразрядными индикаторными панеля­ми (ГИП). Дисплеи с электродами в виде полос могут иметь различное число электродов, например 512 гори­зонтальных и столько же вертикальных. Разрешающая способность характери­зуется числом линий (обычно две-три) на 1 мм. Возможно также применение точечных электродов.

Неон дает оранжевое свечение. Иног­да на подложку, на которой располо­жены электроды, наносят люминофор, дающий свечение другого цвета. Пита­ние этих дисплеев возможно постоян­ным или переменным током.

Электролюминесцентные дисплеи со­ставлены из электролюминесцентных индикаторов (ЭЛИ).

Рассмотрим основные типы свето-модулирующих дисплеев.

Жидкокристаллические дисплеи (ЖКД) потребляют малую мощность, дают хорошую видимость изображения даже при высоком уровне внешней освещенности, имеют низкую стоимость, бывают малого (например, в часах) и большого размера.

Электрохромные дисплеи (ЭХД) осно­ваны на использовании электрохромно-го эффекта, который заключается в том, что некоторые вещества под действием электрического поля или при прохожде­нии тока изменяют свой цвет. В ка­честве электрохромного вещества чаще всего применяют триоксид вольфрама W0₃. Его пленка под напряжением приобретает синий цвет. Для этого требуется напряжение всего лишь 0,5 — 1,5 В. При перемене полярности напря­жения пленка приобретает исходный цвет. Эти дисплеи потребляют неболь­шую мощность и обладают «памятью», т. е. сохраняют цветное изображение некоторое время (минуты и даже часы) без потребления мощности. Так как ЭХД на W0₃ имеют ряд недостатков, в частности невысокое быстродействие и небольшой срок службы, то ведутся разработки таких дисплеев на других веществах.

Электрофорезные дисплеи (ЭФД) основаны на явлении электрофореза, который состоит в том, что под дей­ствием электрического поля в жидкости перемещаются взвешенные частицы (на­пример, частицы пигмента в окрашен­ной жидкости), притягиваясь к какому-то электроду или отталкиваясь от электрода в зависимости от знака потенциала. Жидкость выбирается с хорошими ди­электрическими свойствами для умень­шения потребляемого тока. Пигмент выбирается по цвету резко отличным от жидкости. Напряжение для ЭФД составляет десятки вольт. Срок службы может достигать десятков тысяч часов. В течение этого срока могут происхо­дить десятки миллионов переключений. Быстродействие ЭФД невысокое.

21.7. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О РАЗЛИЧНЫХ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ПРИБОРАХ

Помимо рассмотренных газоразряд­ных приборов в РЭА встречаются и некоторые другие. Так, например, для счета импульсов предназначены приборы тлеющего разряда декатроны с большим числом катодов, расположенных по окружности. Приходящие импульсы переводят разряд с одного катода на следующий. По свечению одного из деся­ти индикаторных катодов определяется число импульсов. Каскадное включение нескольких декатронов позволяет от­считывать не только единицы импуль­сов, но также десятки, сотни, тысячи и т. д. Это достигается тем, что при разряде около десятого катода декатро-на, считающего единицы импульсов, передается импульс на следующий де-катрон, считающий десятки импульсов, и возникает свечение на первом катоде, и т. д. В настоящее время счетные устройства с цифровыми индикаторами вытеснили декатроны.

Среди приборов дугового разряда следует отметить газотроны, представ­ляющие собой мощные диоды с термо­электронным катодом, наполненные инертным газом или парами ртути. Они предназначены для выпрямления высо­ких напряжений и больших токов, причем падение напряжения на самих газотронах всего лишь 10—30 В. В ка­честве мощных выпрямителей служат также ртутные вентили и экситроны с одним или несколькими анодами, имеющие жидкий ртутный катод с электростатической эмиссией. Более со­вершенные ртутные вентили — игнитро­ны имеют также ртутный катод и дополнительный пусковой электрод, об­легчающий возникновение дугового раз­ряда.

Широко применялись для выпрямле­ния, в схемах автоматики и во многих других устройствах тиратроны дугового разряда. Это газонаполненные триоды с термоэлектронным катодом. У них, так же как и у тиратронов тлеющего разряда, сетка теряет свое управляю­щее действие после возникновения дуго­вого разряда, т. е. она может только удерживать тиратрон в запертом состоя­нии и отпирать его. В некоторых тиратронах имеется еще экранирующая сетка. Изменяя напряжение на ней, можно изменять напряжение возникновения раз­ряда. На тиратронах дугового разряда работают управляемые выпрямители, в которых выпрямленное напряжение регу­лируется изменением напряжения управ­ляющих сеток тиратронов. Расход мощ­ности на процесс управления в цепях этих сеток очень небольшой, и за счет этого получается высокий КПД. Спе­циальные импульсные тиратроны дугово­го разряда служат для получения кратко­временных импульсов большой мощ­ности.

Одна из разновидностей тиратронов дугового разряда — таситроны, в кото­рых благодаря особой конструкции сетка управляет не только возникно­вением, но и прекращением разряда. Оригинальным прибором является ар-катрон, представляющий собой тират­рон дугового разряда, в котором катод нагревается не током, а за счет ионной бомбардировки.

Все эти газоразрядные приборы весьма инерционны и поэтому непригод­ны для высоких частот, так как процесс рекомбинации после выклю­чения (запирания) прибора требует значительного времени. Приборы с инертными газами могут работать на частотах в десятки килогерц, а при­боры с ртутными парами — на гораздо более низких частотах.

ФОТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ

22.1. ФОТОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ

Фотоэлектронная эмиссия, называе­мая иначе внешним фотоэффектом, представляет собой электронную эмис­сию под действием электромагнитно­го излучения. Эмитирующий электрод при этом называют фотоэлектронным катодом (фотокатодом), а испускае­мые им электроны — фотоэлектро­нами.

Начало изучения фотоэлектронной эмиссии относится к 1886 г., когда немецкий ученый Г. Герц заметил, что напряжение возникновения электрическо­го разряда между электродами снижает­ся, если осветить один из этих электро­дов. Это явление с 1888 г. стал ис­следовать профессор Московского^у уни­верситета А. Г. Столетов. Он устано­вил важные свойства внешнего фото­эффекта, но не мог его объяснить, так как в то время еще не были из­вестны электроны.

Рассмотрим законы и характерные особенности фотоэлектронной эмиссии.

1. Закон Столетова. Фототок ^г_ф, воз­никающий за счет фотоэлектронной эмиссии, пропорционален световому по­току Ф:

/_ф = S<t>, (22.1)

где S — чувствительность фотокатода, выражаемая обычно в микроамперах на люмен.

Если поток Ф монохроматичен, т. е. содержит лучи только одной длины волны, то чувствительность называют монохроматической и обозначают S_x. Чувствительность к потоку белого (не­монохроматического) света, состоящего из лучей с разной длиной волны, называют интегральной и обозначают

2. Закон Эйнштейна. Еще в 1905 г. А. Эйнштейн установил, что при внеш­нем фотоэффекте энергия фотона hv превращается в работу выхода W₀ и кинетическую энергию вылетевшего электрона:

hv=W₀ + 0,5mv², (22.2)

где т и v — масса и скорость фото­электрона; v — частота излучения; h — постоянная Планка, равная 6,63 х х Ю^-34 Дж-с.

Напомним читателю, что электро­магнитное излучение имеет двойствен­ную природу. С одной стороны, это электромагнитные волны, характеризуе­мые длиной Я, и частотой v. А с другой стороны, излучение можно рассматри­вать как поток частиц — фотонов, об­ладающих энергией hv.

Закон Эйнштейна говорит о том, что энергия фотона hv передается электро­ну, который затрачивает на. выход из фотокатода энергию W₀, а разность hv — W₀ представляет собой энергию вылетевшего электрона.

3. Для внешнего фотоэффекта суще­ствует так называемая красная, или длин­новолновая, граница. Если уменьшать частоту излучения v, то при некоторой частоте v₀ фотоэлектронная эмиссия прекращается, так как на этой частоте hv₀ = W₀ и энергия фотоэлектронов становится равной нулю. Частоте v₀ соответствует длина волны Х₀ = c/v₀, где с = 3-10⁸ м/с. При v < v₀ или X > Х₀ фотоэлектронной эмиссии не может быть, так как hv < hv₀, т. е. энергии фотона недостаточно даже для совершения работы выхода.

4. Для фотоэффекта характерна ма­лая инерционность. Фототок запазды­вает по отношению к излучению всего лишь на несколько наносекунд.

Фотокатоды иногда характеризуют­ся отношением числа фотоэлектронов к числу фотонов, вызвавших эмиссию. Этот параметр получил название кван­тового выхода электронов. Если бы каждый фотон вызывал выход одного электрона, то квантовый выход равнял­ся бы единице. Но большая часть фотонов не участвует в создании

фототока: часть фотонов имеет длину волны больше А,₀, часть проникает глубоко в катод и рассеивает там свою энергию, наконец, часть фотонов от­ражается от поверхности катода. Обычно квантовый выход не превышает 2 %.

Рабрта выхода W₀ и граничная длина волны Я,₀ для некоторых элемен­тов приведены ниже:

Се К Sb Ge Si W₀, эВ....1,9 2,3 4,0 4,4 4,8),₀,мкм....0,66 0,55 0,31 0,28 0,21

Спектру видимого излучения соответ­ствуют длины волн 0,38 — 0,78 мкм, и, как видно из приведенных данных, часть лучей может вызвать фото­электронную эмиссию лишь из цезия и калия. Поэтому фотокатоды обычно делают не из чистого металла. Так, на­пример, широко применяемый оксидно-цезиевый фотокатод, состоящий из сереб­ра, оксида цезия и чистого цезия, имеет уменьшенную работу выхода, и для него Я,₀ = 1,1 мкм.

0 А₀ Рис. 22.1. Спектральные характеристики фо­токатода

Чувствительность фотокатода за­висит от длины волны излучения. Эта зависимость S = f(k) называется спект­ральной характеристикой и может быть двух видов (рис. 22.1). Кривая 1

соответствует нормальному фотоэф­фекту, который наблюдается у толстых катодов из чистых металлов, а кривая 2 получается при селективном (избира­тельном) фотоэффекте, который харак­терен для тонких катодов из особо обработанных щелочных металлов. Сле­дует отметить, что чувствительность с течением времени постепенно умень­шается, т. е. наблюдается явление «ус­талости», или «утомления», фотокатода.

Дата добавления: 2015-05-06