7200 7600

Рис. 14.10. Зависимость световой анодной чувствительноста ФЭУ от напряжения питания

2000 и,В

100 200 300 (Ja,B

Рис. 14.11. Анодные характеристики ФЭУ при двух фиксированных значениях потока излучения

Вклад В темновой ток анода каждой из перечисленных составляющих зависит от электрического режима работы ФЭУ. Все темновые токи растут при увеличении напряжения питания ФЭУ. На рис. 14.12 представлены зависимости суммарного темнового тока и световой анодной чувствительноста ФЭУ от подаваемого напряжения питания. При небольших напряжениях (область / ), когда коэффициент усиления ФЭУ мал, основной составляющей является ток утечки, который пропорционален напряжению питания. Ток от полезного сигнала, пропорциональный анодной чувствительности, растет с увеличением напряжения по степенному закону, т. е. быстрее роста темнового тока. В области основной вклад в темновой ток дает термоэлектронная эмиссия фотокатода и электродов катодной камеры. Скороста роста темнового тока и сигнала в этой области одинаковы. В области Ш темновой ток в основном определяется автоэлектронной эмиссией, которой характерна очень резкая зависимость от напряжения.

Возможности ФЭУ принимать слабые сигналы зависят как от значения темнового тока, так и от значения анодной чувствительности. Для оценки влияния темнового тока на отношение сигнал-помеха этот ток приводят к входу прибора.

Световой (энергетический) эквивалент темнового тока - это световой поток (поток излучения), падающий на фотокатод ФЭУ и вызывающий анодный ток, равный темповому току

V экв

Очевидно, что для получения наибольшего отношения сигнал-помеха Фу / Фу экв необходимо выбрать режим работы ФЭУ, при котором

600 еоо 1000 то и,в

Рис. 14.12. Зависимость световой аношой чувствительности и темнового тока от напряжения питания

70-"

70-"

800 1000 1200

Рис. 14.13. Зависимость светового эквивалента темнового тока от напряжения питания

световой эквивалент темнового тока будет наименьшим. На рис 14.13 приведена зависимость экв -f{U), полученная путем деления ординат кривых, представленных на рис. 14.12. Максимальное отношение сигнал-помеха соответствует области графика функции 4ем ~ = f(U).

Для снижения темнового тока ФЭУ используют те же способы, что и для уменьшения темнового тока фотоэлемента.

Пороговый поток ФЭУ зависит от чувствительности к потоку излучения данного спектрального состава и суммарного шумового тока на выходе прибора. Среднеквадратаческое значение дробового шума на выходе ФЭУ можно найти по формуле

~2 =2eIM\B + \)Af,

ш,др

где 4 ~ ток фотокатода, равный сумме токов от воздействия измеряемого и фонового потоков, а также тока термоэлектронной эмиссии; \ + В - фактор шума, характеризующий вклад, вносимый в уровень дробового шума умножительной системой.

Дробовой ток создает на сопротивлении нагрузки напряжение шума, среднеквадратаческое значение которого

«п?,др = 2е/кМ(В + \)RlAf.

При расчетах фактор шума, как правило, принимают равным 2,5.

Суммарный шум на вьисоде ФЭУ является суммой среднеквадрати-ческих значений дробового шума, теплового шума нагрузки и шума активного элемента усилителя

"ш = 2е1у,М(В + 1)7«Д/ + 4/сГ(Л„ + Лш.экв)А/-

Шумом активного элемента усилителя можно пренебречь, так как обычно R„> Лш,экЕ-

Условие оптимального режима работы ФЭУ, при котором шумы, вносимые усилителем, оказываются много меньше собственных шумов ФЭУ, можно найта из неравенства

2е1М{В + l)RlAf > 4kTR„Af.

При измерении потоков излучения, близких к пороговому, в отсутствие фоновых засветок основной составляющей тока фотокатода является его темновой ток (ток термоэлектронной эмиссии). Тогда можно записать условие оптимального режима в виде

М{В + 1)/к,хем

В отличие от фотоэлемента [см. (13.3)] это условие вьшолняется при любых используемых на практике сопротивлениях нагрузки (начиная с сопротивлений, превышающих несколько десятков ом). Поэтому высокая пороговая чувствительность ФЭУ реализуется в широком частотном диапазоне. Пороговый поток ФЭУ на основании (11.17) можно вычислить по формуле

Ф„--">, (14.1а)

где - чувствительность фотокатода.

Сравнивая выражения для пороговых потоков фотоэлемента (13.4) и ФЭУ (14.1), можно отметить, что при выполнении условия оптимапь-ного режима фотоэлемент имеет лучшую пороговую чувствительность, однако она реализуется только на очень низких частотах модулянии потока.

Для удобства расчетов преобразуем (14.1) таким образом, чтобы входящие в него параметры можно бьшо найти в паспорте прибора. Тогда формулу для расчета приведенного к единичной полосе частот порогового потока можно представить в виде

Фп, 10-

где /тем - темновой ток анода ФЭУ, /тем = /к.тем-