Электронный фотоэлемент

Электронный фотоэлемент – это вакуумный диод. В стеклянном баллоне размещены два электрода: фотокатод и анод (рис. 5.3).

Катод – электрод, который эмиттирует электроны, анод собирает эти электроны и является коллектором. В схеме на рис. 5.3 катод имеет потенциал, равный нулю (потенциал земли), и от этого значения будет отсчитываться потенциал анода, в схеме анод имеет положительный потенциал относительно катода.

Основным параметром катода является ток эмиссии I_Э. Если фотокатод облучается постоянным потоком монохроматического света, то ток эмиссии остается постоянным. Величина тока эмиссии определяется количеством электронов, вышедших из фотокатода. На анод подается положительное относительно катода напряжение (U_а), в цепи анода при этом протекает ток анода (I_а). Величина анодного тока, определяемая числом электронов, достигших анода, зависит от тока эмиссии (I_Э) катода и от напряжения на аноде U_а. _.

Используя схему рис.5.3, можно снять статическую, анодную вольт-амперную характеристику фотоэлемента. Для этого световой поток (Ф) поддерживаем постоянным, стало быть ток эмиссии с катода (I_Э) тоже остается постоянным. Меняем напряжение на аноде (U_а), измеряем ток в цепи анода (I_a) и получаем зависимость I_a = f(U_а) при I_Э = const.

На рис. 5.4 кривая 1 – это теоретическая вольт-амперная характеристика диодного промежутка, рассчитанная по закону степени 3/2. Эта характеристика выходит из нуля и уходит в сторону больших токов и напряжений. Кривая 2 – реальная вольт-амперная характеристика фотоэлемента. На участке I обе характеристики совпадают, на участке II крутизна реальной характеристики уменьшается, и она уходит в сторону от теоретической. Можно показать две области анодной характеристики.

При постоянном световом потоке I_Э = const. С увеличением напряжения на аноде число электронов, достигших анода (I_a), возрастает (область 1). Однако часть электронов не может попасть на анод, и у поверхности катода формирует отрицательный пространственный заряд (рис. 5.5, а). Этот участок характеристики можно описать законом 3/2:

(A),

где S_к – площадь фотокатода, l_{к а} – расстояние между катодом и анодом.

На участке нормальной работы фотоэлемента (область II) практически все электроны, вылетающие из фотокатода, собираются анодом. Пространственный заряд около катода исчезает (рис. 5.5, б). Фототок принимает насыщенное значение (рис. 5.4, II), пропорциональное световому потоку. Дальнейшее возрастание напряжения U_а в первом приближении не приводит к увеличению фототока. Однако и здесь кривая имеет некоторый наклон к оси абсцисс.

Это может быть вызвано уменьшением потенциального барьера и работы выхода электронов из катода под действием приложенного к нему большого внешнего поля (эффект Шоттки).

Дата добавления: 2015-07-17