第四章 真空光电器件,第四章 真空光电器件,4.1光电管4.2光电倍增管,4.1光电管,一、概述二、工作原理三、分类四、主要特性五、注意事项,概述,光电管是依据光电发射效应而工作的一种光电探测器其结构原理和偏置电路如图所示，主要由发射光电子的光阴极K、收集电子的阳极A和管壳组成光电管的核心部件是光阴极K，它的光电发射性能的好坏，在很大程度上决定了光电管工作性能的优劣阳极A起着收集电子的作用，其形状和位置都经过精心设计国产光电管的代号用字符GD表示如果管壳内是真空状态，就称为真空光电管如果管壳内充有增益气体，就称为充气光电管按照接收光辐射的形式又有反射型和透射型光电管之分工作原理,,,正离子,电子,真空光电管工作原理,充气光电管工作原理,工作原理,如图所示，当入射光线透过光窗照射到光电阴极K上时，光电子就从光电阴极发射到真空中，在电场的作用下，光电子在极间做加速运动，最后这些电子被具有极高电位的阳极所接受在阳极电路中可以测出光电流的数值，光电流的大小主要取决于光照强度与光电阴极的灵敏度由于管壳内装有增益气体，光电阴极发射出来的光电子在电场作用下向阳极做加速运动，途中和气体原子发生碰撞，形成电子和正离子。
电离出来的电子在电场作用下与光电子一起再次使气体原子电离，如此反复，使得电子数目增多，从而有效地增加了电流值，同时正离子也在同一电场作用下，向阴极运动，形成离子电流，其数值与电子电流相当这样，在阳极电路内就形成了数倍于真空光电管的光电流就充气光电管而言需注意的问题 气体性质：有良好的化学性质气体压力：零点几至几千兆范围内放大倍数：用M表示，阳极输出的光电流IA与阴极光电发射电流IK之比即,分类,按光电阴极材料分a、锑铯型b、银氧铯型 c、锑钾钠铯型这里主要讲按照光电阴极与阳极位置不同及形状不同可分为a、中心阴极型b、中心阳极型c、半圆柱面阴极型d、平行平板电极型,中心阴极型,优点：阳极收集率高缺点：光电阴极面小，受光面积有限，接受的光通量小适用于低照度下测量光电子的初速度,优点：受光面积大，电子在极间的渡越时间一致，极间电容小，频率特性好缺点：阳极收集率低,优点：有利于增加极间的绝缘性，降低漏电缺点：电子运动轨迹较乱,优点：极间电场均匀，光电子的运动轨迹为直线型，管子能承受较大的工作电流，并能保持良好的的光电线性，收集率高，接受光通量大,主要特性,光照特性伏安特性频率特性稳定性暗电流与噪声,光照特性,,曲线1、2、3是对真空光电管而言的，而曲线4、5、6则是充气光电管情况。
不论那一种情况，光电流与光通量在一定范围内呈直线关系，通常将与直线部分相对应的光照量范围称为光电管的动态范围真空光电管： 1、弱光照射下，可保持光电线性关系，但会受到暗电流及暗电流的涨落所引起的噪声的限制； 2、强光照射下，往往发生线性偏离，这主要是因为阴极发射过程产生光电疲乏，层内补充电子困难，且电流大时层内会产生较大的电压降，影响阳极对饱和光电流的接受由曲线4、5、6可知充气光电管内阳极电流与光照之间没有严格的线性关系，因为其阳极电流不仅取决于阴极发射的光电子，还有气体电离的电子及离子只有在一定条件下，一定的光强范围内，阳极电流与光照之间才有线性关系气压不同,负载不同,,真空光电管与充气光电管相比，灵敏度低，但线性好，动态范围大，加之真空光电管的稳定性更好一些，因此在光电测量，光电转换，光电控制中应用更多一些伏安特性,从光电管的偏置电路可知，光电管两端电压u和流过的电流i之间有关系:式中V是偏置电压(或电源电压)u和i之间的变化关系称为光电管的伏安特性对于真空光电管而言，不论其结构如何，其伏安特性总会出现饱和区，当阳极电压为50-100伏时，所有的光电子都到达阳极，电压再增高，光电流不再增大，光电流开始出现饱和现象。
在饱和区，当电压u一定时，光电流与入射光功率成线性变化这种线性变化关系，保证了光电信息之间的转换光电管通常都是工作在饱和区内，也就是说，偏置电压要高于50-100伏不同入射波长的伏安特性,一、无光照情况当光照功率P=0时，电流i并不为零，称为暗电流这说明，光电管并不呈开路状态，而具有暗电阻Rd所以光电管的暗电导g为:因为g值通常是很小的，所以Rd是很大的值．通常说光电管是个高内阻元件i,充气光电管没有饱和区，由图可知，阳极电压很低时，管内的气体没有电离放大作用，阳极电流很小，随着阳极电压的升高，管内气体开始电离，阳极电流迅速增大频率特性,光电管的频率特性指光电流与入射光频率之间的关系曲线，频率特性的好坏取决于载流子渡越时间，极间电容，光子结构，工作电压及负载电阻关系表达式为：截止响应频率：原因：气体正离子的质量远大于电子，它在极间的渡越时间比电子长的多，充气光电管的惰性比真空光电管的大充气光电管的频率特性不如真空光电管,稳定性,光电管具有良好的短期稳定性若连续使用光电管，其灵敏度有下降的趋势，特别是在强光照射下更是如此1、开始时灵敏度下降快，后来较慢，最后几乎保持不变，趋于稳定2、若把使用过的管子在黑暗环境中放置一段时间后，其灵敏度可部分或全部得到恢复，这称为光电管的疲乏；若不能恢复，称为光电管的衰老。
光电管的时间稳定性取决于光电阴极的疲乏与衰老程度即光电管的寿命同光电阴极的寿命一致它与光电阴极的种类，照射光的强弱，入射光的波长有关暗电流与噪声,暗电流是不可避免的，尤其在室温低照度条件下，尤其对真空光电管而言，限制了对弱光的正确测量因此在弱光检测中应尽量使它工作在温度低的状态光电管的暗电流主要是由极间漏电及阴极热发射所引起的充气光电管比真空光电管的噪声大，由于热发射电流也参与气体电离放大的作用，所以会形成较大的热发射噪声；组成阳极电流的正离子的散粒噪声也比较大的缘故注意事项,光电管不使用时，应存放在黑盒内，使用时要求均匀照射光阴极，不允许集中照射光阴极一小部分环境温度要求保持在10—45ºC之间本节重点,光电管的工作原理光电管的光电特性和伏安特性,作业,P150：3，4，5,。