儀器領域知識小分享--吉時利皮安表在光電倍增管測量光的應用

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由于要測量的電流非常弱，所以用光電倍增管測量光的應用工作通常需要使用皮安計。

光電倍增管 (PMT) 是一種把光變成電流的裝置。光電倍增管有一個對光敏感的陰極，它發射的電子數目與撞擊到其上面的光子數量成正比。這些電子被加速運行后撞擊到下一級，并引起 3 到 6 個二次電子的發射。根據管子型號的不同，這個過程繼續進行 6 至 14 級 ( 稱為倍增管電極 (dynode))。通常可以達到 100 萬倍或者更高的總增益。

具體操作流程

使每個連續的光電倍增管電極的電壓都比它前面一個電極的電壓更高，這樣電子就得到加速。做到這一點最容易的方法是給整個光電倍增管的兩端加上一個電壓，然后從一個分壓器的各個抽頭取得供給 各個倍增管電極的電壓，如圖 1 所示。

圖 1. 光電倍增管的電壓源

加到每個光電倍增管電極上的電壓決定于 PMT 的設計，并由每個管子的型號來確定。

光電倍增管電極電阻器的總電阻應當使得流過這一系列電阻器的 電流至少比待測的光電倍增管陽極電流大 100 倍：

大多數光電倍增管都要求其陽極到陰極的電位在 1000V 到 3000V 之間。由于陽極是讀出點，所以通常工作在接近地的電位，而陰極則處于負的高電位。吉時利公司的 248 型高壓電源可以為這種應用工作提供高達 5000V 的電壓。

大多數光電倍增管的陽極電流范圍從皮安到 100mA。由于皮安計具有很高的靈敏度，所以通常用作陽極電流的讀出裝置。皮安計具有很低的輸入電壓降（輸入端壓降），這就使得陽極實際上處于地電位。圖 2 示出使用 6485 型皮安計的典型配置情況。如果 PMT 要求的電壓 不超過 1000V，6517B 型靜電計電壓源可以提供很方便的解決方案。因為它能測量電流又能供出高達 ± 1000V 的電壓。

采用這種連接方法時，皮安計讀出的電流為負值。有的時候，要求測量出的電流必須為正值。在這種情況下，簡單地重新安排電路， 并使用一個附加的電源就能獲得正電流。測量正 PMT 電流的電路配置示于圖 3。皮安計在最后一個倍增管電極處讀取電流，此電流等于陽極電流減去流過前一個倍增管電極的電流。實際上，進行這種測量時略微犧牲了 PMT 的增益。

圖 2. 光電倍增管的基本連接

圖 3. 讀取正極性 PMT 電流

即使在陰極未照亮時，PMT 中通常也會流過一個小的電流。這種現象稱為“暗電流”，并且在大多數的應用中是無關緊要的。在另一些情況下，則可以使用 REL （零點）功能將其從讀數中減去，或者簡單地使用內置的零點抑制功能（如果儀器具有此功能的話）將其消除。

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