EF80, die verkannte Fotozelle

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Wer eine HF-Pentode EF80 bei der Arbeit betrachtet, sieht die Glühkathode in ihrer vollen Länge, weil nicht nur die Gitter, sondern auch die Anode und die Schirmung sehr locker gebaut sind. Sehen und gesehen werden, das gehört zusammen. Und deshalb ist die EF80 auch eine brauchbare Fotozelle.

Die Kathodenbeschichtung ist für leichte Elektronenabgabe optimiert und enthält z.B. Cäsium, das seine Elektronen nur schwach festhält. Und genau deshalb können auch Photonen Elektronen aus der Kathode befreien. Ganz ohne Heizung, versteht sich. Getestet habe ich das mit einer blauen LED-Lampe. Licht kurzer Wellenlänge hat mehr Energie, denn es gilt E = h f, mit dem Planckschen Wirkungsquantum h = 6,626 10E-34 Js. Ein rotes Lichquant hat E = 2,5 eV, ein blaues E = 5 eV, oder wie der Physiker sagt, je blauer desto power. Die Austrittarbeit bei Cäsium beträgt ca. 2 eV. Also bei Rot reicht es knapp, bei Blau reichlich.

Der Fotostrom wurde mit dem Oszilloskop und einem Tastkopf mit 10 MOhm gemessen. Damit kein Brummen die Messung stört, wurde ein zusätzlicher Kondensator verwendet. Die Anodenspannung beträgt 20 V. Ohne Licht wird keine Spannung gemessen. Wenn die blaue Lampe auf die Kathode scheint, steigt die Spannung an der Kathode auf 50 mV. Damit ist der Fall klar, die EF80 ist eine vollwertige Fotozelle. Man könnte z.B. eine Lichtschranke damit bauen.

Der Fotostrom ist leider nicht gerade überwältigend. Schade, ich hatte eigentlich vor, ein Solar-Röhrenradio mit umweltfreundlicher Sonnenlicht-Fotoemission zu bauen, aber ca. 5 nA reicht nicht ganz. Vielleicht wäre mit einer besonders großen Lupe und automatischer Sonnennachführung noch was zu machen...

Eine "richtige" Fotozelle ist z.B. die 92CV mit einer Empfindlichkeit von 45 µA/lm bei einer Anodenspannung von 85 V. Bei solchen Röhren verwendet man eine größere Kathode, die entsprechend mehr Licht einfängt. So etwas war früher in Tonfilmprojektoren, heute nimmt man Si-Fotodioden dafür.

Nur wenn es extrem empfindlich zugehen soll, verwendet man immer noch Röhren: Fotomultiplier. Zwischen Kathode und Anode befinden sich im Fotomultiplier mehrere Zwischenelektroden, sog. Dynoden, die jeweils z.B. 20 -100V positiver vorgespannt werden. Dann passiert folgendes: Ein Photon schlägt ein Elektron aus der Kathode. Dieses wird beschleunigt und trifft auf die erste Dynode. Dort schlägt es z.B. zwei Elektronen frei, die dann an der zweiten Dynode vier Elektronen befreien usw. Mit 10 Dynoden hat also eine Verstärkung von 2 hoch 10 oder 1024. Tatsächlich ist es noch viel mehr, eine Verstärkung von 100.000.000 ist kein Problem. Damit ist es möglich, sogar ein einzelnen Photon nachzuweisen. Dazu kommt, dass eine sehr große Fotokathode verwendet wird.

Dafür sind solche Röhren auch sehr teuer. Diese hier habe ich nur deshalb bekommen, weil sie ihre Solldaten nicht mehr ganz einhält. Normalerweise braucht man einen zehnfachen Spannungsteiler und eine stabile Spannung von einigen hundert Volt. Das war mir zu aufwendig. Im ersten Test habe ich deshalb die Röhre nur als normale Fotozelle ohne Verstärkung eingesetzt. Also die erste Dynode als Anode an +20 V gelegt und ein Multimeter in die Kathodenleitung. Und das Ergebnis mit der blauen LED-Lampe kann sich sehen lassen: 200 µA, also 40.000 mal mehr als bei der EF80.

Mit dem Fotomultiplier kann man Lichterscheinungen untersuchen, die sonst kaum zu entdecken sind. Unzählige Diplom- und Doktorarbeiten wollen noch geschrieben werden. Zum Beispiel ist bisher meiner Kenntnis nach noch niemals wissenschaftlich untersucht worden, ob Hasenfürze in lauen Sommernächten leuchten und welchen Einfluss die Ernährung des Hasen auf seine Luminiszenz hat.

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(Dietrich Drahtlos)


Glimmlampe als Fotozelle

Eine kleine Glimmlampe zündet bei ca. 70 V. Legt man nur etwa 60 V an, dann funktioniert sie als brauchbare Fotozelle. Es wurde ein Fotostrom bis ca. 100 nA gemessen. Das Edelgas in der Glimmlampe bewirkt dabei einen  verstärkenden Effekt, weil freie Ladungsträge weitere Gasatome ionisieren. Ein zweiter Versuch zeigte, dass mit sehr viel weniger als der Zündspannung kaum ein Fotostrom messbar ist. Der Lawineneffekt ist also in diesem Fall wichtig. Übrigens gibt es sowas auch bei Halbleitern. Avalanche-Fotodioden funktionieren genau nach diesem Muster.

www.youtube.com/user/bkelektronik


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