Электроника?.. Нет ничего проще!

Беседа третья ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ УСКОРЕНИЯ И ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Незнайкин. — Надеюсь, что ты, Любознайкин, не займешь весь сегодняшний вечер разговорами о механических преобразователях. Откровенно говоря, мне кажется вполне достаточно того, что я о них услышал.

Любознайкин. — Успокойся. Прежде чем перейти к другой теме, я намерен рассказать тебе лишь о преобразователях положения, т. е. о таких преобразователях, которые позволяют превратить в электрический сигнал положение подвижного элемента.

Н. — Мне представляется, что многие приспособления, о которых ты говорил мне вчера, могли бы оказаться полезными для этой цели. Например, потенциометр с линейной намоткой катушки или же конденсатор переменной емкости.

Л. — Совершенно верно. Можно также использовать (рис. 17) пластинку, больше или меньше перекрывающую световой поток, оставшаяся часть которого измеряется фотоэлементом (этот прибор скоро станет предметом нашего разговора). Но перейдем к преобразователям скорости; рассмотрим для начала способы измерения угловой скорости (или частоты вращения).

Рис. 17. В зависимости от положения подвижной заслонки изменяется освещенность фотоэлемента.

Н. — Здесь, должно быть, можно использовать регулятор с шарами, как в паровых машинах; ты прекрасно знаешь, что он представляет собой ось, на которой вращаются два шара, соединенных с нею рычагами: когда ось вращается быстро, центробежная сила разводит эти шары в стороны.

Л. — Да, это вполне реально. Но значительно проще соединить ось с маленькой динамомашиной (рис. 18); величина создаваемого ею напряжения пропорциональна частоте вращения, на таких приборах указывается, на сколько вольт увеличивается напряжение на один оборот в секунду оси динамомашины. Можно также соединить ось с валом маленького электрогенератора переменного тока и измерять частоту тока.

Рис. 18. Динамомашина вырабатывает напряжение, величина которого пропорциональна скорости вращения; измеряя напряжение, можно определить скорость вращения.

Н. — Все это очень хорошо, но динамомашина или генератор переменного тока, должно быть, тормозят движение оси?

Л. — Совершенно верно, но, если вал приводится в движение дизелем мощностью в 1000 л. с., это не имеет большого значения. Однако в случае использования генератора переменного тока можно избежать какого бы то ни было торможения: на вращающемся валу крепится небольшой магнит; вращаясь поблизости от катушки, он наводит в ней электрический ток.

Если ты не хочешь создавать никакого торможения, то можно также укрепить на валу диск с отверстиями, который n раз перекрывает луч света, попадающий на…

Н. — … фотоэлектрический элемент! Я полагаю, что пока не изучу эти элементы, я не пойму электронику!

Л. — Да, они используются очень широко. Но сначала позволь мне рассказать тебе о преобразователях скорости, используемых для измерения скорости прямолинейного движения.

Н. — О! В этом случае к движущемуся предмету привязывают нить и наматывают ее на барабан. Здесь, как в математике, «приводят к предыдущему случаю».

Л. — В предложенной тобой системе есть положительные качества. Можно также укрепить на подвижном предмете магнит, перемещающийся в катушке: наводимое в этой катушке напряжение будет функцией скорости перемещения.

Прежде чем закончить этот раздел, я хотел сказать тебе несколько слов о преобразователях ускорения или акселерометрах.

Н. — Постой. Ведь ускорение не что иное, как изменение скорости. Значит можно было бы ограничиться преобразователем скорости и по его показаниям рассчитать ускорение.

Л. — В какой-то мере ты прав. Но только отчасти; прежде всего ты руководствуешься классическим представлением, по которому ускорение представляет собой изменение лишь абсолютного значения скорости, а это справедливо только для прямолинейного движения. В этом конкретном случае действительно можно удовлетвориться преобразователем скорости, передавая его показатели на дифференцирующую схему…

Н. — Ну, это совсем не то!..

Л. — Это намного проще, чем ты думаешь. Но ускорение имеет несколько иной, чем ты себе представляешь, смысл: ускорением называют всякое изменение скорости как по абсолютной величине, так и по направлению. Так, например, на поворотах у автомобиля, идущего с постоянной скоростью, возникает ускорение; ты чувствуешь это ускорение, потому что сила (именуемая центробежной) прижимает тебя к дверце машины точно так, как воздействует на тебя сила при изменении абсолютного значения скорости машины, идущей по прямой дороге.

Н. — Ну, эти-то силы я хорошо знаю. У одного из моих приятелей есть спортивный автомобиль; когда он срывается с места, я едва удерживаюсь, чтобы не вылететь на заднее сидение, а каждый раз, когда он тормозит, я рискую пробить своей головой ветровое стекло.

Л. — Познакомь меня со своим другом: если когда-нибудь он предложит мне поездку в машине, то я смогу сэкономить деньги на железнодорожном билете… А пока, представь себе, Незнайкин, что в машине своего друга ты сидишь на безукоризненно ровном и гладком сидении и что (для твоего же блага) привязан веревками к четырем преобразователям силы…

Н. — Это мне совсем не понравится…

Л. — Сейчас это не столь существенно. Главное в том, что, обладая определенной массой, твое тело будет иметь тенденцию сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения[4]…

Н. — Ах, Любознайкин! Ведь от природы я совсем не такой инертный!

Л. — Сейчас речь идет не о твоем характере, а о законе физики. Всякий обладающий массой предмет стремится оставаться неподвижным или сохранять постоянную по величине и направлению скорость (иначе говоря, равномерное прямолинейное движение). Для измерения твоей скорости к тебе нужно приложить силу в направлении движения (чтобы увеличить скорость), в обратном направлении (чтобы уменьшить скорость) или в направлении, перпендикулярном движению (чтобы изменить направление скорости). Однако, когда к тебе прикладывают силу, ты реагируешь с такой же, но противоположно направленной силой (здесь также проявляется не твой характер, а закон физики о действии и противодействии). Проявляемая тобою сила воздействует на преобразователи, а они показывают, какому усилию или усилиям подвергаешься ты в каждый момент…

Н. — Совершенно независимо от моего желания и воли…

Л. — Но тем не менее подвергаешься. Система, состоящая из автомобиля, тебя и преобразователей силы, представляет собой акселерометр, который в каждый момент показывает ускорение автомобиля.

Н. — Так, значит, для создания акселерометра требуется автомобиль, человек и…

Л. — Где твоя серьезность, Незнайкин? Ты несомненно прекрасно понимаешь, что для этой цели достаточно иметь (рис. 19) соединенную с подвижным предметом А коробочку В, в которой предмет, обладающий массой М, соединен с преобразователем силы F (на пьезоэлектрическом элементе, на потенциометрах или иной конструкции). Но обычно устанавливают несколько акселерометров, как правило, три, чтобы обнаружить ускорения в трех направлениях: два в горизонтальной плоскости и одно в вертикальной (последнее не представляет интереса для автомобиля). В автомобиле вертикальное ускорение возникает лишь при езде по рытвинам…!

Рис. 19. Акселерометр представляет собой коробку В, прочно соединенную с подвижным предметом А. В этой коробке сила инерции массы М воздействует на преобразователь силы F, когда А испытывает ускорение.

Н. — Нужно набраться терпения и постараться не думать о морской болезни.

Л. — Незнайкин! Вместо того чтобы заниматься шутками, подумай о применении преобразователей ускорения. Большое количество таких приборов устанавливается в различных частях ракет, уносящих в небо искусственные спутники. Самолеты также богато оснащены ими; преобразователи устанавливают и на различные подверженные вибрации детали машин, чтобы измерить вибрационные ускорения, столь опасные для оборудования, где они возникают.

Н. — В самом деле это очень полезно.

Л. — Оставим на время механику и совершим небольшое путешествие в область акустических преобразователей. Ты уже давно знаком с ними…

Н. — Да ведь это же микрофоны! Последний опыт, когда я пытался использовать микрофон в устройстве охраны от воров, закончился для меня полнейшим провалом.

Л. — Правильно. Известные тебе микрофоны можно рассматривать как акустические преобразователи: они представляют собой (рис. 20) мембрану, воздействующую на преобразователь силы (пьезоэлектрический кристалл, угольный порошок, конденсатор) или на преобразователь скорости (подвижная катушка, лента). Но существуют и другие акустические преобразователи: гидрофоны, предназначенные для восприятия звуков, распространяющихся в воде, и геофоны, предназначенные для прослушивания звуков, распространяющихся в земле.

Рис. 20. В микрофонах может использоваться сжатие пьезоэлектрического кристалла (а) или угольного порошка (б); иногда используется также напряжение, наведенное в катушке или ленте (в), перемещающейся в междуполюсном зазоре магнита.

Н. — Последние были бы очень полезны индейцам племени Сиу.

Л. — Клянусь супергетеродином, я не вижу никакой связи!

Н. — Любознайкин! Разве ты никогда не читал романов Майна Рида или Фенимора Купера? Ведь всем известно, что главный вождь прикладывает ухо к земле, чтобы услышать стук копыт лошадей своих врагов или кареты, на которую индейцы собираются напасть.

Л. — Прости меня, да будет мне позволено немного забыть этих классиков, чтобы… вернуться в Европу. Геофоны, в частности, используют для прослушивания звуков взрыва, чтобы узнать, где расположены подземные слои, отражающие звук взрыва заряда Тринитротолуола. Этот способ широко используется геологами при поисках нефти. Но история с индейцами племени Сиу настолько подогрела мое воображение, что мне представляется логичным перейти к преобразователям, чувствительным к температуре.

Н. — Нашел! Прошлый раз ты мне говорил, что резисторы тензометрических преобразователей чувствительны к температуре. Достаточно один такой преобразователь подвергнуть воздействию не механических напряжений, а температуры, и дело в шляпе!

Л. — Совершенно справедливо, так и делают. Однако в качестве чувствительного к температуре элемента используют не тензометрический преобразователь, в котором все сделано для снижения его чувствительности к температуре, а обычный резистор. Можно сказать, что в среднем при обычной температуре сопротивление металлической проволоки увеличивается на 1 % при возрастании температуры на каждые 3 °C.

Н. — Я думаю, что в этом случае предпочтение отдается наиболее чувствительным к температуре резисторам, которые, как я слышал, называются терморезисторами?

Л. — О, не всегда! Терморезисторы (о них я еще буду говорить) представляют собой полупроводниковые приборы, сопротивление которых при небольших токах (не вызывающих заметного нагревания) уменьшается при повышении температуры.

Впрочем, изменение сопротивления терморезисторов происходит значительно быстрее, чем в классических резисторах; изменение может достигать 4 % на 1 °C, т. е. в 12 раз больше, чем у металлов. Поэтому эти приборы называют терморезисторами или элементами с отрицательным ТКС (что означает температурный коэффициент сопротивления)[5].

Н. — Но если терморезисторы в 12 раз чувствительнее к температуре, чем металлические резисторы, то я полагаю, что последними для измерений температуры никогда не пользуются.

Л. — Ты не прав. Классические резисторы используются очень широко, так как они выдерживают температуры, которые выводят терморезисторы из строя. А кроме того, зависимость сопротивления резисторов от температуры очень простая, почти линейная, тогда как сопротивление терморезисторов подчиняется относительно сложной закономерности. Резистор из платины может использоваться для измерения температуры от нескольких градусов выше абсолютного нуля (около —260 °C) до 1500 °C. Но имеются также термоэлектрические пары, прочно соединенные два металла (или полупроводниковых материала), контакт между которыми при нагревании превращается в настоящую батарею (рис. 21).

Рис. 21. Термопара состоит из двух спаянных кусочков разных металлов. При нагревании места спая на выводах термопары появляется напряжение, повышающееся при увеличении температуры.

Н. — Чудесно! Значит, достаточно подогреть такие пары металлов и получай электричество. Так это же прекрасное будущее для электростанций!

Л. — Конечно. В частности, в СССР, где занимались этой проблемой, научились получать электроэнергию для транзисторного радиоприемника от батареи термопар, расположенной вокруг стекла керосиновой лампы, используемой для освещения.

Н. — А как измеряют высокие температуры, например выше 2000 °C?

Л. — Как ты знаешь, все сильно нагретые тела испускают свет — это форма излучения энергии. Ученые установили, что при не очень высоких температурах полная мощность, излучаемая квадратным сантиметром поверхности нагретого тела, примерно пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры Т нагретого тела (т. е. его температуры выше абсолютного нуля, который соответствует —273 °C)[6]. Измерив излучаемую мощность, можно узнать температуру. Этот метод используется для измерения даже очень высоких температур. Но в этих случаях прибегают к слишком смелой экстраполяции законов излучения энергии, а справедливость этих законов для очень высоких температур опровергнута проведением термоядерных взрывов: по этим законам водородная бомба не может взорваться.

Н. — Лично я предпочел бы, чтобы эти законы оказались правильными!!!

Л. — Я тоже, но опыт показал, что бомба взрывается. Следовательно, эти экстраполяции несколько фантастические. Поэтому, когда мне говорят, что температура такой-то звезды равна б миллионам градусов, то я воспринимаю это примерно так же, как если бы мне сказали: «Ее температура 3 тонны или 10 минут».

Н. — Значит, измерения излучения ровным счетом ничего не стоят?.

Л. — Не совсем так. Например, термопары позволили измерить температуру в различных точках Луны и некоторых планет; для этого пришлось полученное с помощью телескопа изображение небесного тела или части небесного тела зеркалом направить на термопару, нагрев которой изменяется в зависимости от температуры наблюдаемого в телескоп тела. Эти измерения дали прекрасные результаты.

Н. — Охотно признаю, но мне хотелось бы, чтобы ты, наконец, рассказал мне о фотоэлементах.

Л. — Я как раз и подхожу к этому вопросу. Но помнишь ли ты, каким образом вырывают электроны из катода электронной лампы?

Н. — Конечно. Для этого повышают температуру тела, что увеличивает подвижность молекул; движущиеся молекулы так толкают электроны, что в конечном счете они вылетают из вещества.

Л. — Примерно так. Для большей точности я добавлю, что вызываемое повышением температуры увеличение энергии электронов позволяет им прорваться через поверхностный слой. Так вот, Незнайкин, энергию электронов можно также увеличить, облучив светом вещество, в котором они находятся…

Н. — Великолепно! Но тогда нагреваемые катоды в электронных лампах можно заменить освещаемыми катодами?

Л. — Твое предложение большой практической ценности не представляет, так как получаемый таким образом ток весьма мал. Чтобы сделать фотоэлемент (рис. 22), нужно взять пластинку, покрытую веществом, способным под воздействием света испускать электроны, и поместить ее в колбу, из которой откачан воздух. В этой же колбе размещается еще одна пластинка, имеющая положительный потенциал относительно первой, называемой катодом. Электроны, испускаемые катодом под воздействием падающего на него света, пойдут к другому электроду (аноду), в результате чего в цепи появляется ток, значение которого зависит от освещенности катода.

Рис. 22. Фотоэлектрический элемент. Под воздействием света катод испускает электроны, а анод эти электроны собирает.

Н. — Как я вижу, фотоэлемент не так уж сложен. Это просто диод, у которого катод не нагрет, а освещен. Но скажи мне, пожалуйста, почему ты нарисовал анод таким маленьким, как кусочек тонкой проволоки? Его следовало бы сделать значительно больше.

Л. — В этом нет необходимости и, кроме того, не забывай, что анод должен пропускать весь свет и не должен отбрасывать на катод тень. А кроме того, для небольшого анодного тока I_a (который редко достигает десятка микроампер и часто составляет всего лишь доли микроампера) большой анод не нужен.

Н. — До чего же маленькие токи в фотоэлементе. А кроме того, наверно, очень неудобно размещать анод на пути светового потока!

Л. — Как ты увидишь, мы очень легко приспосабливаемся к этим маленьким токам. Что же касается размещения анода, то можно сделать катод полупрозрачным и нанести его фотослой на внутреннюю стенку колбы: лучи света будут падать на фотослой катода с одной стороны (внешней), а электроны вылетать с другой стороны (внутренней), и тогда отпадет необходимость располагать анод со стороны источника света. И уж если мы начали говорить о катоде, позволь мне сказать, что имеется большое количество различных катодов. Катоды из цезия, нанесенного на слой сурьмы, чувствительны к синим и фиолетовым лучам; катоды из цезия, нанесенного на окись серебра, чувствительны в основном к красным и инфракрасным лучам. И наконец, запомни, что анодный ток I_а почти не зависит от анодного напряжения — он зависит только от освещенности катода (эта зависимость почти прямо пропорциональна, что позволяет установить чувствительность фотоэлемента в микроамперах на люмен[7]). В принципе вакуумный фотоэлемент ведет себя примерно так же, как диод в режиме насыщения, ток насыщения которого зависит от температуры нити накала.

Н. — Ты говоришь вакуумные фотоэлементы? Значит, бывают и другие?

Л. — К сожалению, да. Например, газонаполненные фотоэлементы, которые практически идентичны описанным выше, но отличаются от них тем, что в них вводят небольшое количество газа, ионизирующегося под воздействием исходящих с катода электронов. Ионизация газа увеличивает фотоэлектрический ток в несколько раз (может доходить до 4) и…

Н. — Так ведь это просто здорово, если первоначальный ток так мал. Почему же ты сказал «к сожалению»?

Л. — Поэтому что эти фотоэлементы годятся лишь для воспроизводящей головки звукового кинопроекта. Ты, вероятно, знаешь, что в звуковом кино звук чаще всего записывается в виде «звуковой дорожки» — узкой полоски переменной прозрачности, идущей по краю кинопленки. При демонстрации фильма эта дорожка проходит между лампой Л (рис. 23) и фотоэлементом Ф.

Рис. 23. С одного края кинопленки находится звуковая дорожка переменной прозрачности. При движении пленки в кинопроекторе звуковая дорожка в большей или меньшей степени ослабляет световые лучи, идущие от лампы Л к фотоэлектрическому элементу Ф; таким образом воспроизводится ток низкой частоты звукового сопровождения.

Промодулированный дорожкой свет попадает на фотоэлемент, который и преобразует его в электрические сигналы; последние поступают на усилитель. На протяжении многих лет газонаполненные фотоэлементы вытесняли все другие. Однако они очень недолговечны; их чувствительность изменяется во времени и зависит от температуры, а из-за запаздывания ионизации или деионизации они не могут правильно воспроизводить очень быстрые изменения света (уже на частоте 10 кгц они создают потери 3 дб)…

Н. — Достаточно, не выдвигай других обвинений. Для меня газонаполненные фотоэлементы осуждены окончательно и без права обжалования приговора. И сожалею только о том, что, кроме вакуумных фотоэлементов, нет никаких других приборов, чувствительных к свету.

Л. — Твои сожаления совершенно излишни. Уже существует великое множество светочувствительных приборов. В первую очередь следует назвать фоторезисторы; некоторые вещества, в частности сульфид свинца, сульфид кадмия, а также селениды и антимониды, после соответствующей обработки обладают определенным электрическим сопротивлением, изменяющимся в зависимости от освещения. Но из этих веществ не всегда можно сделать настоящие резисторы; некоторые из них представляют собой полупроводники (протекающий по ним ток не пропорционален приложенному напряжению). Кроме того, они могут отличаться большой инерционностью (несколько десятых долей секунды). Поэтому фоторезисторы мало пригодны для измерения света, но прекрасно служат, когда нужно включить реле (рис. 24).

Рис. 24. При освещении фоторезистора его сопротивление снижается, и проходящий по нему ток может без дополнительного усиления включить реле.

Н. — Я думаю, что это как раз то, чего мне не хватало для моей системы охраны ювелирного магазина от воров.

Л. — Совершенно верно, особенно если учесть, что фоторезисторы достаточно чувствительны к инфракрасным лучам.

Н. — Опять эти инфракрасные лучи! Что это такое и как их получают?

Л. — Здесь нет ничего таинственного. Инфракрасные лучи располагаются в спектре немного дальше красных лучей в сторону более низких частот (более длинных волн). Наш глаз не может их увидеть, но некоторые фотоэлементы, чувствительны к ним так же, как к видимому свету. Для получения инфракрасных лучей используют простую лампу накаливания и фильтр, задерживающий все видимые световые лучи и пропускающий только инфракрасные. Таким образом, ты можешь получить луч невидимого света, который можно обнаружить вакуумным фотоэлементом с катодом, чувствительным к инфракрасным лучам; такой катод состоит из слоя цезия, нанесенного на пластинку из окиси серебра. Обычно фирмы, выпускающие фотоэлементы, называют эти катоды «катодами Si». Ты можешь также использовать фоторезистор, и никто не сможет увидеть твоей системы предупреждения.

Н. — Это, действительно, очень практично. Назови мне, пожалуйста, другие преобразователи света — я догадываюсь, что их должно быть немало!

Л. — О, да! Действительно имеется очень большое количество других. Но я назову тебе лишь фотодиоды (рис. 25). Это плоскостный диод из германия или кремния, имеющий зону n и зону р. Если зону р сделать положительной относительно зоны n, то ток свободно пройдет. А если подать обратное смещение, то ток не пройдет…

Рис. 25. Так обозначается на схемах фотодиод.

Н. — Как и в любом диоде из порядочной семьи!

Л. — Да, но этот диод «из порядочной семьи» набирается дурных идей, когда на его переход попадает свет: удары фотонов (частичек света) порождают на переходе пары «электрон — дырка», и диод ведет себя так, как если бы появился «ток утечки», впрочем, мало зависящий от напряжения.

Н. — Диод меня побери! Ты объяснил мне одно явление, которого я никак не мог понять: однажды я сделал универсальный измерительный прибор с гальванометром и четырьмя плоскостными германиевыми диодами и заметил, что при измерении переменных напряжений мое сооружение утром работает плохо, а во второй половине дня намного лучше. Окна моей лаборатории обращены на восток, и утром солнце сильно освещало диоды.

Л. — Это может служить объяснением. Но возможно также, что причина заключается в нагревании твоих диодов. Их предохраняют от воздействия света, покрывая черной краской.

Н. — Да, сначала краска была, но я ее соскоблил, чтобы посмотреть, что находится внутри.

Л. — Весьма поучительная история — любопытство всегда наказывается. Фотодиод интересен тем, что он часто в 300 раз более чувствителен, чем лучший из вакуумных фотоэлементов. А кроме того, он отличается малой инерционностью и легко воспроизводит изменения света со скоростью до 100 000 периодов в 1 сек. Основной его недостаток, общий для всех полупроводниковых приборов, — чувствительность к повышению температуры.

Н. — В 300 раз чувствительнее лучших вакуумных фотоэлементов! Да это просто чудо! Фотодиоды можно использовать только в сумерках!

Л. — Ты серьезно ошибаешься. Чувствительная поверхность фотодиодов очень маленькая, и требуется хорошее освещение, чтобы на эту крошечную поверхность попал поток в несколько люменов, необходимый для получения достаточного тока. Тем не менее это очень полезные приборы, и они несомненно заменят газовые фотоэлементы в воспроизводящих головках звуковых кинопроекторов.

Н. — Прекрасно!

Л. — Я тоже не надену траура. Однако существует и другое средство для чрезвычайно большого повышения чувствительности фотоэлементов.

Н. — Усиление?

Л. — Совершенно верно. Но сейчас я думаю не о том методе усиления, который ты знаешь, а о методе, основанном на использовании вторичной электронной эмиссии.

Н. — Что это еще за пугало? А, вспомнил. Это явление доставляло нам столько неприятностей в тетродах: ускоренные экранной сеткой электроны при попадании на анод выбивают из него новые электроны. В некоторых случаях когда потенциал сетки выше потенциала анода, экранная сетка улавливает эти электроны, что порождает определенный ток, протекающий от анода к экрану, и анод становится вторичным катодом.

Л. — Двадцать из двадцати, дорогой Незнайкнн! Для использования этого явления в фотоэлементах делают так, что электроны, исходящие с освещенного катода (его потенциал равен 0), попадают на первый электрод (с потенциалом +100 в). Этот электрод покрыт веществом, обладающим большой вторичной эмиссией, а расположен он рядом с другим электродом с потенциалом +200 в. На каждый электрон, вылетевший с фото катода и попавшим на электрод с потенциалом +100 в, с этого электрода вырывается 2 или 3 электрона, которые летят на электрод с потенциалом +200 в. Рядом с последним еще один электрод с потенциалом +300 в. он получает уже 4 или 9 электронов (рис. 26).

Рис. 26. В фотоумножителе испускаемые катодом электроны вызывают вторичную эмиссию на первом диноде, который посылает электроны на другой динод, имеющий более высокий потенциал. Этот второй динод еще раз умножает количество электронов и направляет их на анод.

Н. — Все это очень хорошо, но скажи, пожалуйста, Любознайкин, что мешает исходящим с фото катода электронам отправиться прямо на электрод с потенциалом +200 в, а еще лучше на электрод с потенциалом +300 в?

Л. — Этому препятствует само взаимное расположение электродов, создающее электрические поля соответствующей формы. Но тем не менее всегда находится несколько электронов с «дурной головой», которые идут туда, куда им ходить не следовало бы. Главное в том, что, говоря языком статистики, они немногочисленны.

Создав фотоумножитель с десятком каскадов умножения, можно достичь усиления фотоэлектрического тока в несколько миллионов раз. Чувствительность таких фотоумножителей бывает просто фантастической. Впрочем, эти электровакуумные приборы широко используются для измерений в промышленности, в астрономии…

Я принес с собою один такой прибор, чтобы показать его тебе.

Н. — О! А я-то ожидал увидеть колоссальное сооружение, особенно когда узнал, что в нем 11 фотоумножающих каскадов. Кстати, как называются эти электроды, которые одновременно являются анодами (для предшествующей части) и катодами (для последующей части)?

Л. — Они называются вторично-электронными катодами или динодами. Соответствующие потенциалы подаются на них с помощью цепочки резисторов или последовательно включенных маленьких неоновых лампочек, обладающих еще одним преимуществом, а именно, — способность стабилизировать напряжение. Тем не менее я предпочитаю (рис. 27) цепочку из резисторов, которая позволяет получить одинаковую разницу потенциалов между соседними динодами. Действительно, чувствительность всего устройства (а вернее, кратность умножения каскадов) очень сильно зависит от разности напряжения между двумя соседними динодами.

Рис. 27. Для питания многокаскадного фотоумножителя лучше подавать смещение на диоды с помощью цепочки резисторов, включенной между катодом (с высоким отрицательным потенциалом) и корпусом.

Н. — Понятно. Но почему на своей схеме ты подал на катод отрицательное напряжение?

Л. — Я предпочел подать на катод — 1000 в относительно корпуса и таким образом иметь потенциал последнего электрода (анода) близким к нулю, потому что именно с того электрода я буду снимать усиленный фотоэлектрический ток.

Н. — Но скажи, пожалуйста, зачем все-таки нужен фотоэлемент с такой чудовищной чувствительностью?

Л. — Весьма часто приходится иметь дело с очень слабым лучом света. Наиболее типичным случаем является использование фотоумножителей в сцинтилляционных счетчиках, предназначенных для обнаружения ядерного излучения[8].

Н. — Ты хочешь сказать атомных лучей?

Л. — В известном смысле, да, но мне абсолютно не нравится это выражение, порожденное авторами низкопробного фантастического чтива. Во всех явлениях, которые неверно называются «атомными», на самом деле происходят изменения ядра.

Н. — Я понял, к чему ты ведешь. Вырывание электронов с катода электронной лампы или из ионизированного газа затрагивает атомы и поэтому могло бы заслуживать название «атомного явления».

Л. — Совершенно верно. А кроме того, ты забыл о химических реакциях, когда различные атомы обмениваются между собой электронами. Тогда как при распаде радия изменение претерпевают ядра атомов; такие же явления происходят в металле атомных бомб (которые следовало бы назвать «ядерными бомбами») или в атомах материала, используемого в реакторах для производства плутония.

Н. — Все эти истории с радиоактивностью представляются мне довольно туманными. И раз ты начал мне говорить об этом, то я могу сделать вывод, что нам предстоит сменить класс рассматриваемых преобразователей, но часы показывают очень поздний час, и я думаю, что сегодня я не способен больше что-либо воспринять. Если ты не возражаешь, мы продолжим нашу беседу завтра.

Л. — Согласен, и мы сможем завершить вопрос о преобразователях. Он, несомненно, немного скучен, но имеет очень большое значение в электронике.