о ZD

WD ZOD SOD 6]

60 WD и a, В a)

Рис. 13.4. Семейство волыамперных характеристик фотоэлементов:

а - фотоэлемента с массивным фотокатодом типа СЦВ; б - фотоэлемента с полупрозрачным фотокатодом, обладающим высоким продольным сопротивпе-

ших потоках излучения световая характеристика отклоняется от прямой, что объясняется образованием объемного заряда или утомлением фотокатода. За предел линейности световой характеристики принимается значение анодного тока, при котором отклонение от прямой пропорционапьности фототока падающему потоку излучения не превышает заданного значения. У фотоэлементов, работающих в непрерьшном режиме, предел линейности не превышает 1СГ* А. В импульсном режиме облучения при высоких напряжениях анода это значение доходит до десятков ампер.

По анапогии с электронными лампами по семейству вольт-ампер-HbDC и световых характеристик фотоэлемента можно определить чувствительность и внутреннее сопротивление R. прибора соответственно как тангенс угла наклона световой характеристики и котангенс утла наклона вольт-амперной характеристики к оси абсцисс.

Сопротивление нагрузки может включаться в цепь анода или фотокатода. При заданной ЭДС источника питания сопротивление нагрузки выбирается таким, чтобы рабочая точка А лежала в пределах области насыщения вольт-амперных характеристик (рис. 13.5). В этом случае рабочая световая характеристика фотоэлемента с нагрузкой будет совпадать со статической, т. е. оставаться линейной в пределах измеряемых потоков.

Чувствительность по напряжению (вольтовая чувствительность) фотоэлемента с нагрузкой, работающего в режиме насыщения при Rj > Ra, равна

Sjj = SR„.

Частотная характеристика. Частотные свойства фотоэлемента определяются временем пролета электронов от фотокатода к аноду и временем перезарядки паразитной междуэлектродной емкости через сопро-

Рис. 13.5. Связь между вольт-амперными и световыми характеристиками фотоэлемента

тивление нагрузки (временем схемной релаксации). Время пролета электронов зависит от расстояния между электродами и от напряжения анода. В импульсных сильноточных фотоэлементах с малыми междуэлектродными расстояниями и высокими анодными напряжениями время пролета не превышает 1СГ" - 10"" с. В других фотоэлементах оно составляет 1(Г - с.

Если частотные свойства определяются переходными процессами в цепи междузлектродная емкость - сопротивление нагрузки, то граничная частота прибора /, при которой чувствительность уменьшается в л/Т раз, находится из известного соотношения

1/(27гСз,к/?„).

(13.1)

Сопротивление нагрузки импульсных сильноточных фотоэлементов составляет несколько десятков ом, а междузлектродная емкость - единицы пикофарад, поэтому граничная частота таких приборов доходит до 10 Гц. Емкость анод-катод фотоэлементов первой и второй групп составляет несколько десятков пикофарад, и их граничная частота в основном зависит от сопротивления нагрузки.

Временное разрешение фотоэлемента определяет минимальный временной интервал между двумя очень короткими импульсами, при котором они могут быть раздельно зарегистрированы. Искажение формы импульсов тока на аноде фотоэлементов вызьшается как переходными процессами в цепи междуэлектродная емкость - сопротивление нагрузки, так и разбросом времени пролета электронов от фотокатода к аноду. На практике используют значения временного разрешения, определяемые временем нарастания фронта анодного тока при подаче на фотокатод ступеньки потока излучения, или минимальной длительностью выходного импульса тока по уровню 0,1 (иногда 0,5) максимального (рис. 13.6).

Рис. 13.6. Характер изменения фототока при работе прибора в импульсном режиме: а - переходная характеристика; б - импульсная характеристика

Стабильность чувствительности фотоэлементов. При подаче на фотоэлемент, включенный в цепь источника питания, потока излучения происходит изменение его чувствительности (как правило, спад). Через некоторое время значение чувствительности стабилизируется и может полностью или частично восстановиться после выключения источника излучения рши источника питания прибора. Нестабильность чувствительности во времени, назьшаемая утомлением, зависит от типа фотокатода, технологии изготовления фотоэлемента и режима его работы.

Необратимое изменение чувствительности при хранении фотоэлементов, назьшаемое старением, связано с изменением свойств фоточувствительного слоя. Характер старения, как и процесса утомления, определяется типом фотокатода, технологией изготовления фотоэлемента, состоянием вакуума в баллоне.

Темповой ток фотоэлемента имеет два основных компонента: ток термоэлектронной эмиссии фотокатода и ток утечки между электродами. Ток автоэлектрониой эмиссии фотокатода может иметь сравнимое с названными компонентами значение при напряжениях анода около нескольких киловольт. При столь высоких напряжениях работают только сильноточные фотоэлементы, для которых уровень темнового тока не имеет существенного значения.

Ток термоэмиссии фотокатода, занимающего у фотоэлемента большую площадь, при комнатной температуре достигает значений 1(Г" -1СГ*° А. В связи с тем, что эта компонента определяется типом фотокатода и технологией его получения, уменьшение термотока возможно только путем снижения температуры или уменьшения размеров фотокатода.