Шумы ФЭУ. 
Темновой ток

Чрезвычайно важным являются параметры ФЭУ, определяющие минимальные величины световых потоков, которые могут быть измерены с их помощью. Нижний придел измеряемых световых потоков определяется темновым током и шумами ФЭУ.

1 — усиленная термоэлектронная эмиссия фотокатода и динодов; 2 — ток утечки; 3 — полная величина темнового тока; 4 — область нестабильной работы.

Рис. 2.4.1 Зависимость составляющих темнового тока от величины напряжения питания фотоумножителя.

Темновой токт — это постоянный ток в цепи анода ФЭУ, полностью защищенного от излучений, которые могут воздействовать на него. Величина темнового тока является характерной для каждого экземпляра ФЭУ и существенно зависит от его рабочего напряжения. Источниками темнового тока являются: термоэлектронная эмиссия фотокатода и динодов (особенно первого), автоэлектронная эмиссия электродов, ток, обусловленный ионной и оптической обратными связями, ток утечки в анодной цепи. В зависимости от напряжения на ФЭУ каждая из этих составляющих по-разному влияет на величину темнового тока. Обычно различают три области (рис. 2.4.1): Й — при низких напряжениях основной вклад в величину темнового тока дают токи утечки, ЙЙЙ — при высоких напряжениях темновой ток обусловлен автоэлектронной эмиссией и обратными связями; рабочей областью ФЭУ является область ЙЙ, в которой изменение величины темнового тока с напряжением пропорционально изменению анодной чувствительности.

В зависимости от конструкции и технологии изготовления ФЭУ могут изменяться соотношения протяженности этих областей и величины напряжений для каждой из них. В малогабаритных ФЭУ область ЙЙ обычно существенно уже, чем в крупногабаритных, в ФЭУ с напыленными динодами область ЙЙЙ смещена в сторону более низких напряжений чем в ФЭУ с динодами на основе сплавов.

Качество ФЭУ в схеме регистрации постоянного тока характеризуется световым эквивалентом темнового тока, являющимся отношением темнового тока к анодной чувствительности: [лм] = [A] / [A/лм]. Область значений величины напряжения питания и анодной чувствительности, при которых является минимальным, определяется конструкцией ФЭУ. Разброс величины для ФЭУ одного типа достигает 1 — 1,5 порядка величины, для ФЭУ разных типов — нескольких порядков. На рис. 2.4.2 приведены характерные зависимости = f ().

Флуктуации темнового тока являются источником собственных шумов ФЭУ, причем в их равномерно представлены составляющие всех частот (белый шум). Это позволяет применять радиотехнические методы улучшения отношения сигнал/шум. В режиме регистрации модулированных световых сигналов частота модуляции светового потока совпадает со средней частотой пропускания усилителя. Улучшения отношения сигнал /шум добиваются сужением его полосы пропускания, так как ~Дf. Характерными являются два случая приема модулированных сигналов: при отсутствии и при наличии освещения фотокатода постоянным световым фоном. Для количественной оценки величины шумов ФЭУ соответственно используются два параметра: порог чувствительности (иногда его называют темновым порогом чувствительности) и порог чувствительности при постоянном световом фоне.

Порог чувствительности [] - это такой световой поток от стандартного источника света типа А, который, падая на фотокатод, создает на выходе ФЭУ сигнал, равный среднеквадратичному значению напряжения собственных шумов.

1 — ФЭУ-58; 2 — ФЭУ-55; 3 — ФЭУ-54; 4 — ФЭУ-81, ФЭУ-93; 5 — ФЭУ-19, ФЭУ-29; 6 — ФЭУ-51; 7 — ФЭУ-85; 8 — ФЭУ-17, ФЭУ-18; 9 — ФЭУ-64; 10 — ФЭУ-79, ФЭУ-106; 11 — ФЭУ-91; 12 — ФЭУ-92.

Рис. 2.4.2 Зависимость светового эквивалента темнового тока от напряжения питания

Порог чувствительности при постоянном световом фоне [лм/] определяется аналогично, но при наличии фоновых шумов. При освещении фотокатода ФЭУ монохроматическим излучением аналогично же может быть определен спектральный порог чувствительности [Вт/].

1 — ФЭУ-26; 2 — ФЭУ-31А; 3 — ФЭУ-20; 4 — ФЭУ-27; 5 — ФЭУ-51; 6 — ФЭУ-17, ФЭУ-18; 7 — ФЭУ-69; 8 — ФЭУ-64, ФЭУ-79, ФЭУ-106.

Рис. 2.4.3 Зависимость порога чувствительности от величины анодной чувствительности