Vakuumlu və qazboşalmalı (ion) fotoelektron cihazlarının işi xarici fotoeffekt hadisəsinə əsaslanır. Bu cihazlar elektromaqnit şüalanmasının enerjisini elektrik siqnalına çevirirlər.
Bu cihazlar sənaye elektronikası sxemlərində insanın görmə funksiyasını yerinə yetirən elementlər kimi, televiziyada, fototeleqrafda, siqnalizasiya qurğularında, rabitədə, elektron avtomatika sxemlərində istifadə olunur.
Bu cihazlara çox vaxt fotoelementlər də deyilir. Bu cihazların əsas nümayəndələri vakuumlu və qazboşalmalı fotoelementlər və fotoçoxaldıcılardır. Konstruktiv cəhətcə fotoelementlər iki elektroda-fotokatoda və anoda malik olurlar (şəkil 11.18a). Elektrodlar şüşə balonda yerləşdirilir. Vakuumlu fotoelementlərin balonunda 10'4-10'5 Pa həddində
272 --------------------------------------------------------------------------------------------
vakuum yaradılır, qazboşalmalı
foto-elementlərin
balonu isə 10-100 Pa təzyiqində
arqonla doldurulur.
Hər iki tip cihazlarda istifadə
olunan fotokatodlar
eyni olduğundan onların
spektral xarakteristikaları
eyni olur (şəkil 11.19).
Fotokatod balonun daxili
səthinə çəkilmiş nazik
Şəkil 11.18. Fotoelementin quruluşu
(a) və dövrəyə qoşulma
sxemi (b)
işığa həssas olan qatdan ibarətdir. Adətən gümüş-oksigensezium,
sürmə-sezium və çoxqələvili fotokatodlar istifadə
olunur. Spektrin ultrabənövşəyi hissəsində işləyən cihazlarda
sürmə-kalium fotokatodları işlədilir. Anod nikeldən məftil
həlqə, ilgək və ya nazik tor şəklində düzəldilir və işıq
selinin fotokatodun üzərinə düşməsinə mane olmur.
Şəkil 11.19 Elektrovakuumlu (a,ç,c) və qazboşalmalı
(b,d,c) fotoelementlərin işıq (a,b), volt-amper (ç,d)
və spektral (c) xarakteristikaları
Fotoelementə xarici gərginlik veriləndə və fotokatodun
üzərinə işıq seli düşəndə fotokatod elektronları emissiya
edir və cihazın dövrəsindən fotocərəyan axır (şəkil 11.196).
273
Bu cərəyan qiyməti işıq selinə mütənasib our: Jf= КФ (K- fotoelementin inteqral həssaslığıdır). Bu cərəyanın nəticəsində çıxış gərginliyi də dəyişir: Uçıx=Jo Ry=KORy.
Bu ifadədən görünür ki, işıq selini dəyişməklə çıxış gərginliyini idarə etmək olar.
Qazboşalmalı fotoelementlərdə təsirsiz qazm balona doldurulması həssaslığı vakuumlu cihaza nisbətən bir neçə dəfə artırır. Bu artım cihazda qaranlıq boşalmanın yaranması ilə əlaqədardır. Boşalma nəticəsində əmələ gəç> ikinci elektronlar cərəyanı artırır. Bu hadisə qazla gücləndirmə adlanır və qazla gücləndirmə əmsalı ilə xarakterizə edilir: Kq=Jq / Jv. Burada Jq - qazboşalmalı fotoelementin, Jv- vakuumlu fotoelementin fotocərəyanıdır .
Elektravakuumlu fotoelementlərin gücləndirmə əmsalı 6-10 həddində olur.
Elektrovakuumlu və qazboşalmalı fotoelementlərin əsas xarakteristikaları şəkil 11.19-də göstərilmişdir. Göründüyü kimi işıq xarakteristikaları xətti xarakter daşıyırlar. Volt-amper xarakteristikalarından görünür ki, vakuumlu elementlərdə fotocərəyan çox tez doyma qiymətini alır, çünki katoddan çıxan bütün elektronlar anoda çatmış olur. İon cihazlarında isə doyma halı müşahidə olunmur, çünki anod gərginliyi artdıqca qaz ionlaşır. Gərginlik yandırma gərginliyinə çatanda müstəqil qaz boşalması baş verir və foto- element sıradan çıxır.
Vakuumlu fotoelementlər iti sürətli cihazlardır, onların tezlik xarakteristikalarının işçi sahəsi 108-109 hs həddini əhatə edir. Bu cihazlar 50-90° C temperaturda işləyə bilir. Temperatur yüksəldikcə termoelektron emissiyası nəticəsində əlavə cərəyan əmələ gəlir. Vakuumlu elementlərin iş müddəti 1000 saata yaxın olur.
Qazboşalmalı cihazlar ionsuzlaşma hadisəsinin mövcudluğu ilə əlaqədar müəyyən ətalətə malik olur. İşıq selinin modulyasiya tezliyinin 10 khs qiymətlərində bunların
274 --------------------------------------------------------------------------------------------
həssaslığı kəskin azalır. Bu cihazların digər mənfi cəhəti fotokatodun tez " yorulması " və iş müddətinin az (700 saat) olmasıdır. Bu katodun müsbət ionlarla bombardman edilməsi ilə əlaqədardır.
Vakuumlu və qazboşalmalı fotoelementlərin əsas parametrləri aşağdakılardır:
1)
inteqral həssaslıq -1 İm işıq selinin yaratdığı cərəyan (vakuumlu cihazlarda 20-90 mkA/lm : qazboşalmalı cihazlarda (150-200 mkA/lm);
2)
spektral həssaslıq - fotoelementin müəyyən dalğa uzunluqlu (monoxromatik) işıq selinə həssaslığı;
3)
qaranlıq cərəyanı - işıq seli olmayan halda dövrədən axan cərəyan (bu cərəyan iki hissədə ibarətdir: katodun ter- moelektron emissiyasından alman termocərəyan və balonun şüşəsinin və altının həcmi və səthi keçiriliciyi hesabına əmələ gələn sızma cərəyanı).
Cihazlar fotorele və fotoölçmə rejimində işləyirlər. Fotorele rejimində cihaz iki dayanıqlı vəziyyətə: qoşulmuş (işıq olanda) və açılmış (işıq olmayanda) malik olur. Fotoölçmə rejimində cihazın cərəyanı işıq selinin dəyişməsi nəticəsində dəyişir. İş rejimini xarakteristikalar əsasında seçirlər.
Fotoelektron çoxaldıcıları elektrovakuumlu cihazlara aiddir və onlarda fotoelektron emissiyasının cərəyanı ikinci elektron emissiyası cərəyanı hesabına artırılır.
Birkaskadlı cihazlar üç elektroda - fotokatoda, yüksək ikinci elektron emissiyası əmsalına malik olan dinoda və elektronlar üçün "şəffaf' olan anoda malikdirlər (şəkil 11.20q) ). Dinoda anoda nisbətən daha az müsbət potensial verilir. Fotokatodlardan çıxan ilkin elektronların bir hissəsi anoda çatıb onun dövrəsində ilkin cərəyan yaradır. Onların digər hissəsi anoddan keçib dinoda dəyir və onun səthindən ikinci elektronları vurub çıxarır. Bunun nəticəsində cərəyanın qiyməti çoxalır. Dinod dövrəsindəki cərəyan katodun
-------------------------------------------------------------------------------------------- 275
cərəyandan çox ola bilər: Jg =тЈк (т-ікіпсі elektron emissiyası
əmsalıdır).
Çoxkaskadlı çoxaldıcılarm 10-15 dinodu olur. Onlarda
1-ci dinoddan çıxan ikinci elektronlar daha yüksək potensiala
malik olan 2-ci dinodu, 2-ci dinoddan çıxan ikinci
elektronlar 3-nü və s. bombardman edirlər (şəkil 11.20£>).
Dinodlarm sayı n olarsa yük cərəyanı Jj= a "Јк olur.
Nəzəri cəhətdən belə cihazlarda fotoelementin həssaslığını
milyonlarla artırmaq olar. Lakin praktiki olaraq ikinci elektron
selinin hamısını sonrakı dinoda istiqamətləndirmək
mümkün olmadığından 100 minlərlə 10 milyon arasında
gücləndirmə əldə edilir. Çoxkaskadlı fotoçoxaldıcmm dövrəyə
qoşulma sxemi şəkil 11,20c-də göstərilmişdir.
Belə cihazların göməyilə 10'9 -İm həddində işıq sellərini
ölçmək mümkündür. Bundan kiçik işıq sellərinin ölçülŞəkil
11.20. Birkaskadlı (a) və çoxkaskadlı (Л) fotoelektron
çoxaldıcısmm quruluşu və çoxkaskadlı cihazın
dövrəyə qoşulma sxemi (c)
məsi katodun termoelektron emissiyası və dinodun avtoelektron
emissiyasından yaranan qaranlıq cərəyanının fluktuasiyası
(dəyişməsi) səbəbindən mümkün olmur.
276
Bu cihazların volt-amper və spektral xarakteristikaları vakuumlu fotoelementlərin xarakteristikalarına uyğundur. Tezlik xarakteristikası vakuumlu fotoelementə nisbətən daha pisdir, çünki 1000 Mhs-dən yüksək tezliklərdə elektronların katod- dan anoda uçma vaxtı özünü göstərir.
Fotoçoxaldıcılarm müsbət cəhəti yüksək həssaslıq, mənfi cəhətləri isə konstruksiyanın mürəkkəbliyi, yüksək dəyəri və yüksək gərginlik mənbəyinin olmasıdır.
Cihazların əsas parametrləri: anod gərginliyi (200- 2300V), dinodlar arasındakı gərginlik (50-150V), inteqral həssaslıq (1-100 A/lm) və hüdud (hiss oluna bilən minimal işıq seli) həssaslığıdır.