《光电倍增光敏电阻》PPT课件

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1、与光电管相比。阴极K、阳极A以及管壳外，多了若干中间电极，倍增极或打拿极。每相邻两个电极称为一级。Vi为各级电压，总电压约为千伏量级，从阴极K经打拿极Di，到阳极A，形成逐级递增的加速电场。光电发射探测器——光电倍增管让光探测变得容易，即使是非常微弱的信号，也将成为可能。逐级倍增使电子数目大量增加，被阳极收集形成阳极电流。当光信号变化时，阴极发射的光电子数目发生相应变化．由于各倍增极的倍增因子基本上是常数．阳极电流随光信号而变化．阴极在光照下发射光电子，光电子被极间电场加速聚焦，轰击倍增极，倍增极在高速电子轰击下产生更多的电子，电子数目增大若干倍。光电倍增管的性能主要由光阴极和倍

2、增极以及极间电压决定。负电子亲合势材料是目前最好的光阴极材料：二次电子发射特性用二次发射系数来描述，即可对微弱光线进行放大，可使光电流放大105~108倍，灵敏度高，用在工程、天文、科研、军事等方面。如果倍增极的总级数为n，且各级性能相同，考虑到电子的传输损失，则光电倍增管的电流增益为MM=IA/Ik=f（g）n良好的电子光学设计可使f、g值在0．9以上。式中n为倍增极级数，N为发射的电子数，σn表示第n级倍增极每一个入射电子所能产生的二次电子的倍数，即该级的电流增益。式中IA为阳极电流，Ik为阴极电流。f为第一倍增极对阴极发射电子的收集效率，g为各倍增极之间的电子传递效率。例

3、如，锑化铯材料，σ＝0．2V0.7，银镁合金的σ≈V／40，V(伏特)．若取n＝10，则前面的电流增益为M＝σ10＝(0．2)l0V7，后者的M＝(V／40)10。理论和实验表明，倍增极的电流增益σ值主要取决于倍增极材料和极间电压，可见，材料一定，总电流增益与极间电压的关系十分密切，工作电压微小变化将使M值有明显的波动，这将使光电倍增管的工作不稳定。但过多的倍增级数将使光电倍增管的管长加长，体积加大，同时还将使电子渡越效应变得严重，影响光电倍增管的频率特性和噪声性能。M=IA/Ik=f（g）n从上述讨论可知，n和σ愈大，M值就愈高。通常σ值为3--6，n取9--14级，M为10

4、5--107。负电子亲合势打拿极σ的值可高达20--25，这可使级数n大为减少．又可得到良好的频率特性。综合上述诸因素，一般选用较大的σ值和较少的级数。实验发现，随着工作电压增大，σ趋于一最大饱和值，过此值后．电压V再增大时σ反而变小。因为倍增作用，最后三级倍增极的电流较大。在脉冲信号情况下，将突然使这几级极间电压下降，造成空间电荷堆积，反而使阳极电流下降。所以在脉冲光信号的情况下，必须采用稳压电容C1，C2，C3来防止这几级极间电压的突变。它适用于高速光脉冲或强度调制的激光信号的探测，若光信号为平稳的连续光波．则图中的电容C1，C2，C3可以不用。它们分别取值为C3100iA

5、/Vn+1C2C3/nC1C2/n-1由于阴极到第一打拿极之间，电子的聚焦、收集的好坏对阳极电流的影响最大，故其极间电压V比其它倍增极的极间电压要取得高些，即分压电阻要取得大些，中间各倍增极一般均匀分压。末级极间电压Vn+1—般取得低些，即Rn+1，值取得小些。(Rn的量级为100—500千欧姆)。iA为阳极电流．τ是脉冲信号的脉宽，vn+l为末级电压，σn和σn－1分别为第n级和n―l级打拿极的二次电子发射系数正高压负高压供电方式负高压供电方式是指电源正极接地，使阳极输出直接接入放大器输入端而无需隔直流电容。优点是便于用直流法测量阳极输出电流，能响应变化非常缓慢的光信

6、号。缺点是地处于高电位，易受外界电磁干扰，噪声大。正高压供电方式是指电源负极接地。这时阳极输出必须经过一耐高压低噪声的隔直流电容接入放大器输入端。由于阴极电位与地电位接近，因而暗电流小，噪声低，适用于低噪声要求严格的光脉冲信号探测。光电倍增管的光电特性曲线在相当宽的范围内为直线。如图(a)所示。当光功率接近20微瓦时，特性曲线开始偏离直线，出现饱和效应。原因是最后几级打拿极的疲劳和电荷积累效应，使增益系数大大降低。倍增管的显著特点是适于微弱光信号的探测。在使用时要切忌过度光照。由于光电子从阴极到阳极要渡越较长的距离，所以在使用时对光电倍增管进行良好的电磁屏蔽也是十分重要的.光电倍

7、增管的伏安特性曲线与真空光电管的伏安特性十分相似。在一些弱光直流测量中，信号电流小到与暗电流可以比拟的程度，这时在阳极输出电路中，可采用暗电流补偿的方法。图(a)是一种最简单的补偿电路。在检流计上并联可变电阻且与电池串联的支路，调节可变电阻，产生一个反方向的电流。正好抵消暗电流，即所谓调零。经补偿之后，测出的就是信号电流。由于暗电流经常变化，所以使用时要随时调零。光电倍增管的响应频率为上式，可见，为获得足够宽的频率响应，必须降低负载电阻RL，并相应地提高管子增益，保证有足够的信号