充气光电管

定义与结构

充气光电管属于外光电效应型光电器件，是在真空光电管结构基础上改进而成。其基本结构为：密封玻璃管内装有阴极（K极）和阳极（A极），阴极涂有光电材料，阳极置于管中央；管内除电极外还充有少量惰性气体（如氩或氖）。工作时阳极接正极、阴极接负极，光通过光窗照射阴极。

工作原理

当入射光子能量满足外光电效应条件时，阴极发射光电子。光电子在阴极与阳极之间的电场作用下向阳极加速运动。与真空光电管不同，充气光电管中光电子在飞向阳极的途中会与惰性气体原子发生碰撞。若光电子的动能足够大，碰撞可使气体原子电离，产生新的电子和正离子。电离产生的新电子与原始光电子一起被阳极收集，正离子则向阴极运动并被阴极接收。这一过程使到达阳极的电子数增加，从而增大光电流。

充气增益

气体电离产生的附加电子使充气光电管的光电流通常可达真空型的数倍。这种电流放大作用称为充气增益。增益来源于碰撞电离，而非外部放大电路。

主要性能特点与取舍

1. 灵敏度：充气光电管因气体电离倍增作用，灵敏度高于真空光电管。
2. 光照特性：充气光电管的光电流与入射光强度不成比例关系，即光照特性呈非线性。真空光电管中，银氧铯阴极的光照特性为线性，锑铯阴极为非线性；充气光电管的非线性更为显著。
3. 稳定性与惰性：充气光电管稳定性较差、惰性大（响应慢）、温度影响大、容易衰老。气体电离和离子运动过程引入附加时间延迟，使频率响应变差。
4. 伏安特性：在一定的光照下，光电流随所加电压增加而增大；当电压增加到一定程度后，光电流不再增大，出现平坦工作区。充气光电管在平坦段之后，随电压继续增加，光电流呈指数级急剧上升，因此工作点应选在平坦部分，避免进入急剧上升区。
5. 温度影响：气体电离过程受温度影响较大，导致充气光电管温度稳定性不如真空光电管。

与真空光电管的比较

真空光电管管内为真空，优点是灵敏度随电压变化的稳定性及频率特性优于充气管，但灵敏度较低。充气光电管充有少量惰性气体，优点是灵敏度高，但牺牲了线性、稳定性和频率响应。在自动检测仪表中，由于要求受温度影响小和灵敏度稳定，一般多采用真空光电管。

适用范围

充气光电管适用于需要较高灵敏度、但对线性、稳定性和频率响应要求不苛刻的场合。当测量要求高稳定性、良好线性和快速响应时，应选用真空光电管或其他半导体光电器件。