При наполнении фотоэлемента инертным газом (аргоном, неоном и др.), давление которого лежит в пределах от 1 до 0,05 мм рт. ст., появляется возможность повысить чувствительность прибора за счет несамостоятельного газового разряда. Такие фотоэлементы называют ионными (газоразрядными). Выходная характеристика (рис. 3.5) ионного фотоэлемента при имеет резко выраженную область насыщения, где . Пока напряжение Uи не превышает потенциала ионизации Uи наполняющего газа (для аргона, например, Uи = 15,1 В), ток в цепи газонаполненного фотоэлемента несколько меньше, чем в цепи вакуумного, из-за рассеяния электронов на молекулах наполняющего газа.
При дальнейшем повышении анодного напряжения до величины возникает ударная ионизация газа, и ток начинает резко возрастать, чувствительность фотоэлемента увеличивается.
Рабочее напряжение газонаполненного фотоэлемента должно быть меньше потенциала зажигания (), при котором начинается самостоятельный разряд, так как интенсивная ионная бомбардировка фотокатода приводит к его разрушению. Кроме того, происходит потеря управления световым потоком.
Отношение тока в допустимом рабочем режиме () к току насыщения () (рис. 3.5) называется коэффициентом газового усиления, т.е.
.
Эффект газового усиления у газонаполненных фотоэлементов начинает проявляться при напряжении более 50 В. При напряжении около 240 В коэффициент газового усиления у различных приборов может достигать значений 6 – 10.
Недостатком ионных фотоэлементов является нелинейность их передаточной характеристики, обусловленная тем, что с увеличением анодного тока интенсивность ионизации газа возрастает и коэффициент газового усиления повышается. Другой существенный недостаток в сильной зависимости чувствительности от скорости изменения светового потока, проявляющейся на частотах порядка единиц килогерц. Этот эффект вызван тем, что процесс установления газового разряда в приборе протекает сравнительно медленно.
К газонаполненным фотоэлементам относятся фотоэлементы серии ЦГ.