以電學效應來顯示光的作用的所有裝置，都叫光電管。光電發射管是指光飛向真空管中的金屬電極（光電陰極）產生電子，然後電子飛向陽極後被推到外部電路中並通過帶電池的計量表計量電子束的裝置，射出的電子數與入射光子數成正比。
基本介紹
- 中文名：光電發射管
- 外文名：Photovalve
- 含義：以電學效應來顯示光的作用的裝置
- 分類：高真空管、充氣管和光電倍增管
裝置結構,裝置原理,裝置分類,
裝置結構
在抽成高真空（約10毫米汞柱）的密封玻璃管內放一塊圓筒形金屬板K（圖1），即陰極，在K上先鍍一層銀，然後使其氧化，通常鍍上一薄層銫。（在某些類型的管子中，人們用另一種鹼金屬鉀代替銫）
圖1 玻璃管
陽極A通常是做成細的格線形，放在陰極的前面，入射光線可穿過它到達陰極。也可以採用金屬絲環。按照習慣做法，用一可調直流電源e使陽極電勢V高於K的電勢（圖2）。
圖2 電路圖
電阻R（約1MΩ）是保護電阻。微安表用來測量管子中的電流強度i，伏特表V（採用圖2中的接法）給出A與K之間的電壓（除去微安表上的電位降）。
裝置原理
光打在真空中的合適金屬表面上，使之釋放出電子。在這個表面（它作為陰極）與陽極之間加上一個電位差，所得的電流通常用一個靜電計三極體來放大，電路如圖3所示。根據電流大小即可得出光電效應產生電子的數目。
圖3 光電管及其有關電路
可檢測到的最小通量通常受電子管的限制，而與光電管無關。在同一個管子內把放大裝置與光陰極結合起來是有好處的（圖4）。在光電倍增管內，由光陰極釋放出來的電子被加速，且落在適當的金屬面上。此面發射出次級電子，它比入射電子的數目更多，於是電流被放大。通常調節加速電壓使達到接近5的放大比率，而且可以把約10級的放大結合起來以達到約一百萬倍的總放大。如果需要額外的放大，可以加上一個外部放大器。一個重要的困難是必須維持加速電壓準確穩定。光電管和光電倍增管都屬於光電發射器件。
圖4 光電倍增管，……代表電子路徑
裝置分類
光電發射管可分為三種類型：高真空的光電管，充氣光電管和光電倍增管。所有這三種類型的管子都與硒光電池不同，都需要外接電源，在電極之間產生足夠的電位差，用以推動在光敏陰極表面產生的電子的流動。它們所產生的光電流，都需要進行放大。
高真空的光電管
真空光電管是由兩個電極組成的。光敏陰極是在氧化銀的基體上沉積一層金屬銫。陽極是與陰極骨架軸面同軸的導線或同軸的矩形線圈。陰極的結構要保證它在陰極上不留影子。在抽真空的玻璃罩內，兩個電極都是密封的。
光線照到陰極表面上時，釋放出電子來，電子向維持一定正電位的陽極運動。這就是光電流，可用外電路測量。光電發射管的光譜回響取決於沉積在陰極上材料的性質。有各種各樣的沉積材料，陰極表面的製備方法也有多種，它們都能影響光譜回響。氧化銫-銀光電管敏感於近紅外波段。氧化鉀-銀和銫-銻光電管，最高靈敏度是在可見和紫外波段。有時，不同波長的光線在到達陰極之前所通過介質的透光性，也影響光譜回響。例如，光電管在紫外波段的靈敏度，就受到玻璃罩透光度的限制。在使用水楊酸鈉一類的螢光材料時，就要採用石英。在光電管外用水楊酸鈉，可把紫外光轉變為可見光。
圖5是一個典型的使用光電發射管的線路圖。增大光電管的負載電阻，可使其靈敏度達到極限值。負載電阻可用到10000兆歐。進一步提高靈敏度，則受到噪聲、非線性和回響速度變慢等因素的限制。在這樣高的負載電阻時，要保證它不受濕度和靜電的影響。因此，用於放大器前級的靜電計管，要與輸入端的柵帽，良好的禁止起來。
光電發射管典型線路圖
充氣光電管
充氣管里充有少量惰性氣體，側如氬氣。當管子裡有足夠能量的電子時，氣體被電離。在陽極和陰極之間具有很高電壓時，這種充氣管的電流也不會飽和。由於充氣管內電子的相互碰撞，甚至在低電位時它所產生的光電流也是很大的。
光電倍增管
在檢測微弱光時，光電倍增管是作為檢測器而使用的。管內有光敏陰極和多級串聯的電予放大器，從而把初始光電流放大許多倍。陰極所產生的電子，被稱為倍增電極的第一個電極吸引，產生二次電子。一般有9至16個倍增電極。倍增電極是一塊板，上面塗有對逸出電子具有很小吸引力的物質。每個碰撞電子，都會從倍增電視撞出二次電子。在正電位的作用下，電子被加速到第二個倍增電極，如此進行下去。工作時倍增電極上的電壓有50到100伏。這些電子最後被收集電極所收集。
調節第一級放大電壓，可以改變光電倍增管的靈敏度，每兩個電極之間的電位差較小，所以它們的回響是線性的。光電倍增管的輸出受到陽極電流的限制，為幾個毫安。因此它只適用於測量低強度的光線，在電極表面上不會出現熱效應。它們測定的光強可比用其它光電管的弱10倍。為此，必須仔細地予以光禁止。光電倍增管的回響還算快，它甚至可用到閃爍計數器，它所計數的光脈衝可短到10秒。光電倍增管需要直流電源供電。直流供電電源的穩定性，至少要比要求的測量精度高一個數量級。例如，測量精度1%，穩壓精度要優於0.1%。
