第六讲光电发射器件.ppt

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第4章 光电发射器件 4.1 光电发射阴极 4.1.1 光电发射阴极的主要参数 2.量子效率 3. 光谱响应 4.1.2 光电阴极材料 4.2 真空光电管与光电倍增管的工作原理 4.2.1 真空光电管的原理 真空光电管主要由光电阴极和阳极两部分组成,因管内常被抽成真空而称为真空光电管。然而,有时为了使某种性能提高,在管壳内也充入某些低气压惰性气体形成充气型的光电管。无论真空型还是充气型均属于光电发射型器件,称为真空光电管或简称为光电管。其工作原理电路如图4-2所示,在阴极和阳极之间加有一定的电压,且阳极为正极,阴极为负极。 4.2.2 光电倍增管的原理 4.2.3 光电倍增管的结构 PMT的入射窗结构 2. 倍增极结构 4.3 光电倍增管的基本特性 4.3.1 灵敏度 4.3.2 电流放大倍数(增益) 4.3.3 暗电流 4.3.4 噪声 4.3.5 伏安特性 2. 阳极伏安特性 4.3.6 线性 4.3.7 疲劳与衰老 思考题 4 习题 4 4.4 光电倍增管的供电电路 4.4.1 电阻链分压型供电电路 3. 末极的并联电容 4.4.3 电源电压的稳定度 (2) 计算偏置电路电阻链的阻值 偏置电路采用如图4-8所示的供电电路,设流过电阻链的电流为IRi,流过阳极电阻Ra的最大电流为 Iam=GSKφvm=1.02×105×40×10-6×12×10-6 =48.96μA 取IRi≥10 Iam,则 IRi=500μA 因此,电阻链的阻值Ri= UDD/ IRi=156kΩ 取Ri=120 kΩ,R1=1.5Ri=180 kΩ。 4.5 光电倍增管的典型应用 4.5.1 光谱探测领域的应用 2.吸收光谱 4.5.2 时间分辨荧光免疫分析中的应用 2. TRFIA的测量原理 思考题与习题4 4.11 某光电倍增管的阳极灵敏度为10A/lm,为什么还要限制它的阳极输出电流在50~100μA? 4.12 已知某光电倍增管的阳极灵敏度为100A/lm,阴极灵敏度2μA/lm,阳极输出电流应限制在100μA范围内,问最大允许的入射光通量为多少lm? 光电倍增管具有极高的灵敏度和快速响应等特点,使它在光谱探测和极微弱快速光信息的探测等方面成为首选的光电探测器。 光电倍增管的供电电路种类很多,可以根据应用的情况设计出各具特色的供电电路。本节介绍最常用的电阻分压式供电电路。 如图4-8所示为典型光电倍增管的电阻分压式供电电路。电路由11个电阻构成电阻链分压器,分别向10级倍增极提供电压UDD。 1、电阻链的设计 考虑到光电倍增管各倍增极的电子倍增效应,各级的电子流按放大倍率分布,其中,阳极电流Ia最大。因此,电阻链分压器中流过每级电阻的电流并不相等,但是,当流过分压电阻的电流IR远远大于Ia时,即 IR >> Ia时,流过各分压电阻Ri的电流近似相等。工程上常设计IR大于等于10倍的Ia电流。 IR≥10Ia (4-25) 选择的太大将使分压电阻功率损耗加大,倍增管温度升高导致性能的降低,以至于温升太高而无法工作。 选定电流后,可以计算出电阻链分压器的总阻值R R=Ubb/IR (4-26) 各分压电阻Ri 为 (4-28) 而R1应为 R1=1.5 Ri 2、电源电压 极间供电电压UDD直接影响着二次电子发射系数δ,或管子的增益G。因此,根据增益G的要求可以设计出极间供电电压UDD与电源电压Ubb。 由 可以计算出UDD与Ubb。 当入射辐射信号为高速的迅变信号或脉冲时,末3级倍增极电流变化会引起较大UDD的变化,引起光电倍增管增益的起伏,将破坏信息的变换。在末3极并联3个电容C1、C2与C3,通过电容的充放电过程使末3级电压稳定。 电容C1、C2与C3的计算公式为 式中N为倍增极数,Iam为阳极峰值电流,τ为脉冲的持续时间,UDD为极间电压,L为增益稳定度的百分数。 对式(4-8)与式(4-9)进行微分,并用增量形式表示,可得到

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