Astronet > 3.8 Registraciya fototoka

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

Precizionnaya fotometriya

<< 3.7 Spektral'naya chuvstvitel'nost' fotokatodov | Oglavlenie | 3.9 Vyvod formul ucheta ... >>

3.8 Registraciya fototoka

Itak, svet, popavshii na fotokatod s sootvetstvuyushei spektral'noi harakteristikoi, vybil iz nego fotoelektrony v sootvetstvii s funkciei kvantovogo vyhoda; eti elektrony, sobrannye elektricheskim polem, ``razmnozhilis''' na dinodah i sobralis' na kollektore (ili, v nekotoryh tipah FEU, na anode) fotoumnozhitelya, sozdav tam nekotoryi elektricheskii zaryad, velichinu kotorogo my ocenivali vyshe. Chtoby izmerit' velichinu etogo zaryada, ego nuzhno propustit' na korpus pribora (sm. ris.3.6) cherez nagruzochnyi rezistor s soprotivleniem . Fototok sozdast na rezistore padenie napryazheniya , kotoroe nuzhno izmerit'. Velichina eta mala i izmereniya predstavlyayut opredelennuyu trudnost' tem bolee, chto fototok pri nablyudeniyah zvezd ispytyvaet znachitel'nye fluktuacii vo vremeni, obuslovlennye statisticheskimi fluktuaciyami chisla padayushih fotonov, fluktuaciyami opticheskih parametrov atmosfery, vyzyvayushimi mercaniya i drozhaniya i t.p.

Rassmotrim dva sposoba registracii fototoka, prohodyashego cherez nagruzochnoe soprotivlenie .

Pervyi sposob, kotoryi ochen' shiroko primenyalsya na protyazhenii vsei istorii fotoelektricheskoi fotometrii, s kotorym rabotal Dzhonson, provodya izmereniya v sisteme UBV, rabotali ochen' shiroko v nashei strane do konca 60-h godov, i rabotayut inogda v nastoyashee vremya -- sposob usileniya postoyannogo toka.

Pust' soprotivlenie veliko (poryadka $10^8\div10^9$ Om). Zaryad s anoda fotoumnozhitelya (dazhe cherez takoe bol'shoe soprotivlenie) stekaet na korpus. Malaya velichina (poryadka $10^{-7}\div10^{-10} A$ ), umnozhennaya na bol'shoe , daet izmerimye velichiny . Stekanie zaryada cherez takoe soprotivlenie proishodit dostatochno medlenno. Postoyannaya vremeni etogo processa opredelyaetsya soprotivleniem nagruzki i parazitnoi emkost'yu vhoda usilitelya . Poskol'ku emkost' obychno sostavlyaet velichinu poryadka 10pF, legko vychislit', chto postoyannaya vremeni ravna 0.01s. Tak kak v sekundu na anod FEU prihodyat $10^3\div10^6$ elektronnyh lavin ot fotoelektronov, to k prihodu sleduyushei laviny predydushaya eshe ne uspevaet polnost'yu stech' na zemlyu. Takim obrazom, elektricheskii zaryad, voznikayushii na anode, integriruetsya za interval, ravnyi postoyannoi vremeni. Pri bolee ili menee postoyannom osveshenii fotokatoda tok na vyhode FEU budet takzhe bolee ili menee postoyannym, osobenno esli fotoelektronov mnogo i zaryad, sozdavaemyi imi, horosho usrednyaetsya na anode za vremya . Etot fototok mozhno usilit' metodami usileniya postoyannogo toka, podrobno opisannymi v literature i izmerit'. Ne budem vdavat'sya v podrobnosti. Nam naibolee vazhno otmetit' dostoinstva i nedostatki etogo metoda.

Rezistory s bol'shim soprotivleniem sami po sebe, iz-za teplovogo dvizheniya elektronov v nih, ``shumyat'', i etot ``shum'' proporcionalen velichine soprotivleniya; znachenie soprotivleniya takih rezistorov zametno zavisit ot temperatury. Pri ochen' bol'shih soprotivleniyah nagruzki my vynuzhdeny v pervom kaskade usilitelya primenyat' ili special'nye elektrometricheskie lampy, imeyushie ochen' vysokoe soprotivlenie mezhdu upravlyayushei setkoi i katodom, ili polevye tranzistory. Takoi usilitel'nyi kaskad svoim vhodnym soprotivleniem ne dolzhen shuntirovat' nagruzochnoe soprotivlenie . Pri postoyannoi velichine soprotivleniya , kak pravilo, mozhno izmeryat' sootnoshenie svetovyh potokov zvezd, razlichayushihsya ne bolee chem na 2-3 zvezdnyh velichiny. Dlya rasshireniya diapazona primenyaetsya pereklyuchenie soprotivlenii nagruzki, chto privodit k izmeneniyu koefficienta usileniya. Na vhode usilitelya obychno ustanavlivaetsya ot 3 do 10 razlichnyh nagruzochnyh rezistorov, posledovatel'no otlichayushihsya drug ot druga v 1.5-2 raza. Dlya raboty v zavisimosti ot velichiny svetovogo potoka vybiraetsya odin iz nih. Takim obrazom, izmereniya fototoka ot zvezd, znachitel'no otlichayushihsya po blesku, vedutsya na raznyh diapazonah usileniya. Sootnoshenie koefficientov usileniya mezhdu raznymi diapazonami neobhodimo ochen' horosho znat'. Naprimer, esli otnoshenie koefficientov dlya kazhdoi pary smezhnyh diapazonov izvestno s tochnost'yu $\pm1\%$ , to pri 10 diapazonah mozhno v itoge poluchit' oshibku $\pm10\%$ . K sozhaleniyu, sootnoshenie diapazonov ne ostaetsya postoyannym i mozhet samoproizvol'no izmenyat'sya na 2-3%. Odnoi iz prichin takogo izmeneniya mogut byt' kolebaniya vlazhnosti vozduha v razlichnye daty nablyudenii. Netochnoe znanie sootnosheniya diapazonov napryamuyu vnosit oshibku v rezul'taty izmerenii.

Pri usilenii ochen' slabyh tokov metod usileniya postoyannogo toka vstrechaetsya s bol'shimi trudnostyami. Delo v tom, chto v rezul'tiruyushii tok polnost'yu vhodit termoemissiya s dinodov. Pri izmerenii slabyh svetovyh potokov tok termoemissii stanovitsya sravnim s signalom. Pri etom shumy dinodnogo temnovogo toka rezko uvelichivayut oshibku izmerenii. Krome togo, voobshe stanovitsya trudno podderzhivat' postoyannym koefficient usileniya, trudno borot'sya s tak nazyvaemym ``dreifom nulya'' usilitelya. Pri slabyh tokah mozhet okazat'sya, chto my rabotaem na nelineinom uchastke harakteristiki usilitel'noi lampy, tem samym teryaya odno iz osnovnyh preimushestv fotoelektricheskoi fotometrii.

Praktika pokazala, chto esli fotoelektronov mnogo, to shema usileniya postoyannogo toka vpolne rabotosposobna. Izmereniya yarkih zvezd, vypolnennye Dzhonsonom v 50-h godah s usilitelem postoyannogo toka, horoshi: na nih, kak na standarty, opirayutsya i ponyne mnogie fotometristy vo vsem mire.

Pri slabyh signalah luchshe primenyat' drugoi sposob.

Esli kazhdomu zaryadu, obrazovannomu elektronnoi lavinoi, pozvolit' bystro, t.e. cherez maloe soprotivlenie nagruzki (naprimer cherez soprotivlenie poryadka Om), stech' na korpus, to na etom soprotivlenii vozniknet korotkii impul's napryazheniya . Kak my ocenili vyshe, kazhdaya takaya lavina prinosit na anod zaryad velichinoi $7.8\,\cdot\,10^{-12}$ Kl. V etom sluchae postoyannaya vremeni $RC\,=\,10^2$ Om $\cdot\,10^{-11}$ F $\,=\,10^{-9}$ s, mnogo men'she fizicheskoi dlitel'nosti impul'sa vnutri FEU, yavlyayusheisya obychno velichinoi poryadka $20\,\cdot\,10^{-9}$ sek. Srednee znachenie toka vo vremya impul'sa sostavlyaet $i\,=\,0.78\,\cdot\,10^{-21}$ Kl $/20\,\cdot\,10^{-9}$ s $\,=\,3.9\,\cdot\,10^{-5}$ A, a srednyaya amplituda impul'sa ravna $iR\,=\,3.9\,\cdot\,10^{-5}A\,\cdot\,10^2$ Om $\,\approx\,4$ mV. Takie impul'sy mozhno usilit' i zaregistrirovat' (soschitat' v shtukah) s pomosh'yu sovremennyh elektronnoschetnyh chastotomerov. Na etom principe osnovan sposob izmereniya fototoka, izvestnyi kak metod scheta fotonov. Bolee pravil'no bylo by nazyvat' ego metodom scheta fotoelektronov, no tradicii zastavlyayut priderzhivat'sya privedennogo nazvaniya. K sozhaleniyu ne kazhdyi elektron, vyletevshii s fotokatoda, vyzyvaet impul's anodnogo toka. Pri perenose fotoelektronov s fotokatoda na pervyi dinod, a takzhe pri peremeshenii vtorichnyh elektronov mezhdu pervymi dinodami imeyutsya poteri. Poetomu FEU v celom harakterizuetsya kvantovoi effektivnost'yu registracii $\chi(\lambda)$ .

Esli my horosho znaem kvantovuyu effektivnost' FEU, to ne sostavlyaet bol'shogo truda perevesti soschitannoe kolichestvo impul'sov v kolichestvo fotonov.

Metod scheta fotonov seichas yavlyaetsya osnovnym v praktike zvezdnoi elektrofotometrii. Glavnoe preimushestvo etogo metoda sostoit v tom, chto on lineen na slabyh svetovyh potokah. Pravda, iz-za togo chto koefficienty umnozheniya kazhdogo dinoda mogut fluktuirovat', amplituda impul'sov budet neskol'ko razlichnoi. Odnako statisticheski eta amplituda sohranitsya, i na praktike pokazano, chto metod scheta fotonov niskol'ko ne huzhe po tochnosti, chem metod usileniya postoyannogo toka. Na slabyh zhe signalah, gde usiliteli postoyannogo toka rabotayut ploho, schitat' impul'sy gorazdo vygodnee.

Slozhnee obstoit delo s bol'shimi signalami.

Impul's imeet otlichnuyu ot nulya prodolzhitel'nost'. Ona obuslovlena tem, chto otdel'nye elektrony v lavine dvizhutsya po traektoriyam raznoi dliny i prihodyat oni (ot odnogo i togo zhe fotoelektrona!) na anod v razlichnye momenty vremeni. Dlya fotoumnozhitelya FEU-79 prodolzhitel'nost' impul'sa sostavlyaet okolo 25ns. Pri usilenii impul'sa neobhodimo schitat'sya s tem, chto chastotnaya polosa usilitelya ne imeet beskonechnoi shiriny. Eto v svoyu ochered' ``rastyagivaet'' impul's, uvelichivaet ego effektivnuyu prodolzhitel'nost' do 50-100ns.

Esli dva fotoelektrona vyleteli s fotokatoda prakticheski v odin i tot zhe moment, tochnee, cherez promezhutok vremeni men'shii, chem effektivnaya prodolzhitel'nost' impul'sa, to oni budut soschitany kak odin i my poteryaem odin fotoelektron. Promezhutok vremeni, otschityvaemyi ot perednego fronta impul'sa, v techenie kotorogo appparatura ne sposobna zaregistrirovat' ocherednoi impul's, nazyvaetsya mertvym vremenem.Poka svetovoi potok slab, chislo fotoelektronov malo. Veroyatnost' ih sovpadeniya vo vremeni mala i effektom mertvogo vremeni mozhno prenebrech'. No pri uvelichenii svetovogo potoka veroyatnost' sliyaniya impul'sov bystro rastet. Kolichestvo soschitannyh fotoelektronov stanovitsya nelineino svyazannym s velichinoi svetovogo potoka.

<< 3.7 Spektral'naya chuvstvitel'nost' fotokatodov | Oglavlenie | 3.9 Vyvod formul ucheta ... >>

Publikacii s klyuchevymi slovami: Fotometricheskaya sistema - zvezdnaya velichina - fotometriya - spektrofotometriya - atmosfernoe pogloshenie Publikacii so slovami: Fotometricheskaya sistema - zvezdnaya velichina - fotometriya - spektrofotometriya - atmosfernoe pogloshenie
Sm. takzhe: Zvezdnye velichiny Zahodyashaya ten' Zemli Spektral'noe i fotometricheskoe issledovanie linzovidnoi galaktiki s obolochkami NGC 474 Laboratoriya issledovaniya zvezdnogo magnetizma SAO RAN Laboratoriya spektroskopii zvezd SAO RAN Laboratoriya spektroskopii i fotometrii vnegalakticheskih ob'ektov SAO RAN Pokazatel' cveta Vse publikacii na tu zhe temu >>

Obsudit' etu publikaciyu

Versiya dlya pechati

Astrometriya - Astronomicheskie instrumenty - Astronomicheskoe obrazovanie - Astrofizika - Istoriya astronomii - Kosmonavtika, issledovanie kosmosa - Lyubitel'skaya astronomiya - Planety i Solnechnaya sistema - Solnce