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Photoeffekt / Fotozelle

Akustik At 1.1

2. Beschreibung

(Die Zahlen in Klammern des folgerten Textes beziehen sich auf Abb. 2.)

Die Schaltplatte (1) haltert die Vakuumfotozelle und liefert die für die Beschaltung notwendigen Buchsen und Bedienelemente. Die hinter der Frontplatte befestigten elektrischen Elemente sowie die einzelnen Verbindungsleitungen sind durch eine metallische Abdeckung auf der Rückseite gegen mechanische Beschädigung und elektrische Störfelder geschützt. Zur Verdeutlichung der internen Schaltung ist auf der Frontplatte das elektrische Schaltbild aufgedruckt. Die Platte wird an ihren beiden 10mm Stielen gehaltert.

Die Vakuumfotozelle (2) ist am Sockel mit zwei Steckern versehen und wird mit diesen in die Aufnahme (5b) in der Schaltplatte gesteckt. Die beiden Stecker sind dadurch mit dem Buchsenpaar (6) in der Schaltplatte verbunden. In der Fotozelle (vgl. auch Abb. 3) führen die Stecker zu den Enden eines dünnen Platinringes (2a), der Anode (A). Die Innenfläche der Foto zelle ist halbseitig mit einem Kaliumbelag der Katode versehen. Die Katode ist elektrisch mit dem zylindrischen Fortsatz (2b), dem Katodenanschluss verbunden. Der elektrische Anschluss der Katode erfolgt über die an der Schaltplatte befestigte Zuleitung mit Hilfe einer Steckverbindung. Dazu besitzt die Zuleitung an ihrem Ende eine hütchenförmige Metallbuchse (3). Diese wird über den zylindrischen Fortsatz (2b) der Fotozelle geschoben. Um zu verhindern, dass auf die Katode Streulicht .fällt, muss die Vakuumfotozelle optisch abgeschirmt werden. Hierzu dient die Abdeckkappe (4). Diese wird über die Fotozelle geschoben und an der kreisförmigen Metallkante (5c) auf die Schaltplatte gedrückt. Für den in der Metallkante befindlichen Führungsstift (5a) ist in der Abdeckkappe ein Schlitz (4a) freigelassen. Die Abdeckkappe muss so aufgesetzt werden, dass sich der Führungsstift in den Schlitz schiebt. Die so angebrachte Abdeckkappe besitzt vor der Kaliumkatode eine kreisförmige öffnung als Teil des Blendensystems. In dem Kollimatorrohr (4b) befindet sich eine zweite kreisförmige Blendenöffnung. Die beiden Blenden stellen sicher, dass die in der optischen Achse (strichpunktierte Linie) verlaufenden Lichtbündel senkrecht und mittig auf die Katode der Fotozelle auftreffen. Durch die metallische Abdeckkappe (4) und die ebenfalls metallische Abdeckung auf der Rückseite der Schaltplatte ist die Fotozelle elektrisch abgeschirmt. Es gelangen damit keine elektrischen Störfelder zur Fotozelle. Die Zuleitungen sind ebenfalls elektrische abgeschirmt. Sie führen von den Anschlüssen (3, 5b) gemäß Schaltbild zu den einzelnen Anschlussbuchsen der Schaltplatte. Die mit den beiden Enden des Platinringes (Anode) verbundenen 4mm-Buchsen (6) sind für den Anschluss eines Stromversorgungsgerätes vorgesehen. Die Fotozelle braucht also zum Ausglühen (s. Abschnitt 4) nicht von der Schaltplatte abgenommen zu werden. Die BNC-Buchse (7) dient zum Anschluss eines Messgerätes mit Hilfe abgeschirmter Leitungen. Die 4-mm-Buchse (8) ermöglicht zusammen mit einer der Buchsen (6) gegen Erde (z.B. mit dem Drehspulinstrument). Da der ohmsche Widerstand R1 (9) mit 1 MOhm im Vergleich zum Innenwiderstand der Fotozelle vernachlässigbar klein ist, entspricht das Potential der Katodenschicht praktisch stets dem Potential der Buchse (8) (Erdpotential). Die BNC-Buchse (10) ist für die Messung des Katodenstromes mit Hilfe eines geeigneten niederohmigen stromempfindlichen Messverstärkers vorgesehen. Der Anschluss erfolgt zur Vermeidung von Störimpulsen mit abgeschirmten Leitungen. Wenn ein hochohmiger spannungsempfindlicher Messverstärker zur Verfügung steht, kann dieser ebenfalls an die BNC-Buchse (10) angeschlossen werden. In diesem Falle ergibt sich die Stärke des Katodenstromes aus dem stromproportionalen Spannungsabfall am Widerstand R1.

Abb. 2 Abb. 3

Durch die Verwendung der BNC-Anschlüsse (7) bzw. (10) wird (falls der Außenleiter der Zuleitung auf Erdpotential liegt) die gesamte Abschirmung der Fotozelle mit Erde verbunden. Die 4mm-Buchse (11) wird daher nur dann benötigt, wenn die BNC-Anschlüsse nicht benutzt werden.
Soll zwischen Katode und Anode eine Gleichspannung gelegt werden, so empfiehlt sich die Verwendung einer 1,5 V-Batterie (R 14 DIN 40865). Diese wird in das Batteriefach (12) auf der Rückseite der Schaltplatte eingesetzt.
Am Buchsenpaar (13) kann die Batteriespannung gemessen werden. Mit Hilfe des Potentiometers R1, (14) lässt sich die Spannung an der Fotozelle zwischen Null und Batteriespannung variieren. Falls keine 1,5 V-Batterie zur Verfügung steht, ist auch eine externe Spannungsversorgung möglich. In diesem Falle wird die Spannungsquelle an das Buchsenpaar (13) angeschlossen. Dabei ist zu beachten, dass die Kennzeichnung der Spannungspolarität einer Anode mit negativem elektrischen Potential gegen Erde entspricht. In diesem Falle liegt ein Gegenfeld vor. Wenn man an die Anode der Vakuumfotozelle eine Saugspannung legen will, dann ist an die Anode entgegen der Kennzeichnung ein positives Potential gegen Erde bzw. Katode zu legen. Das Potentiometer (14) kann bei variabler Spannungsversorgung für die Feineinstellung der Spannung benutzt werden. Wenn die Fotozelle mit einer geglätteten Gleichspannung betrieben werden soll, darf natürlich auch nur ein spannungsstabilisiertes Versorgungsgerät eingesetzt werden.
Falls man auf der Anode der Fotozelle ein elektrisches Potential vorgeben will, muss die 4mm-Buchse (15) mit dem mitgelieferten Kurzschlussstecker elektrisch mit der gegenüberliegenden Anschlussbuchse (6) verbunden werden. Wird die Fotozelle ohne äußere Spannung betrieben (z.B. bei der Direktmethode zur Bestimmung des Planckschen Wirkungsquantums), so müssen Anode und Katode durch Entfernen des Kurzschlusssteckers elektrisch getrennt werden.