Фотоэлементы служат для преобразования энергии света в электрическую энергию. Они разделяются на фо­тоэлементы с внешним фотоэффектом, с внутренним фо­тоэффектом (фотосопротивления) и фотоэлементы с за­пирающим слоем (вентильные фотоэлементы). В послед­нее время получили распространение также фоточувстви­тельные полупроводниковые приборы — фотодиоды и фототриоды.

Фотоэлементы с внешним фотоэффектом представля­ют собой вакуумные или газонаполненные двухэлектродные лампы с холодным катодом. На часть внутренней поверхности стеклянного баллона лампы напыляется фо­токатод — вещество, способное под действием света ис­пускать электроны. Наибольшее распространение полу­чили кислородно-цезиевые и сурьмяно-цезиевые фотока­тоды. Анод обычно выполняется в виде тонкого прово­лочного кольца, расположенного в середине баллона.

Основные данные фотоэлементов с внешним фотоэф­фектом приведены в таблице 40.

Фотосопротивления — это полупроводниковые сопро­тивления, обладающие большой чувствительностью к ос­вещенности. Применяются сопротивления из серных сое­динений свинца, висмута, кадмия. При отсутствии осве­щенности такие сопротивления имеют величину от де­сятков тысяч ом примерно до 10 Мом.

Маркировка фотосопротивлений: первый элемент — буквы ФС — фотосопротивление; второй элемент — бук­ва, указывающая светочувствительный материал: А — сернистый свинец, К — сернистый кадмий, Д — селенид кадмия; третий элемент — цифра или буквы с цифрой, присвоенные конструктивному оформлению фотосопро­тивления. В частности, при герметичной конструкции пе­ред цифрой ставится буква Г. Основные параметры фо­тосопротивлений приведены в таблице 41.

В фотодиодах и фототриодах используется чувствительность к световому потоку электроно-дырочного перехода в полупроводниковых кристаллах. Диод включают в цепь источника тока в направлении обратной про­водимости. При отсутствии светового потока ФсВ в це­пи нагрузки протекает небольшой ток обратной прово­димости — темновой ток. Если зона электронно-дыроч­ного р-д-перехода освещается, то ток возрастает при­мерно пропорционально величине светового потока Фсв. У германиевых фотодиодов темновой ток имеет величи­ну 10—30 мка, а ток при освещении — несколько сотен микроампер.

Фототранзистор, поскольку ток в цепи основания равен нулю, при отсутствии светового потока заперт и его темновой ток мал. Световой поток вызывает по­явление тока в нагрузке.

Чувствительность к световому потоку у фототранзи- стора значительно выше, чем у фотодиода, за счет эффекта внутреннего усиления.

Чувствительность фотодиодов и фототранзисторов сильно зависит от спектрального состава светового по­тока. Максимум чувствительности лежит за пределами видимого излучения в инфракрасной области. Фотодио­ды и фототранзисторы обладают сравнительно малой инерционностью — 10 мксек.

Основные параметры некоторых типов фотодиодов и фототриодов приведены в таблице 42.

Вентильный фотоэлемент состоит из металлического электрода (основание), на который наносится слой по­лупроводника. На поверхность полупроводника напыляется тонкий полупрозрачный слой металла, являющий­ся вторым электродом фотоэлемента При соответству­ющей термической обработке между полупроводником и металлом возникает запорный слой, пропускающий электроны только в одном направлении. При освеще­нии фотоэлемента со стороны полупрозрачного слоя на электродах фотоэлемента возникает э.д.с.

Таблица 42

Фотодиоды и фототриоды

Тип

Рабочее напряжение, в

Темновой ток, мка.

Чувствитель­ность, ма/лм

Размер веточувстви- тельной по­верхности, мм2

ФД-1

15

30

20

5

ФД-2

30

25

10—20

1

ФД-3

10

15

20

2

ФДК-1

20

3

3

2

ФТ-1

(фототриод)

3

300

170—500

2

Таблица 43

Вентильные фотоэлементы

Обозначение

К-5, К-10, К-20

ФЭСС-У-2, ФЭСС-У-3, ФЭСС-У-5, ФЭСС-У-10

тип фото­элемента

селено­вый

сернисто-серебряный

Чувствительность, мка/лм

250—500

 

3500

1—8000

 

Фото-э.д.с., мв

 

60-

-150

 

Внутреннее сопротивление, ом

Ю3—5.104

1500—3000

1000—2000

700—1400

400—800

Максималь­

         

ная частота

         

модуляции источника света, гц

50—100

 

5-10

 

Область мак­

         

симума спектральной характеристик

0,5—0,6

 

0,6-

-1,1

 

Применяются несколько типов вентильных фотоэле­ментов: медно-закисные, селеновые, серно-таллиевые, сернисто-серебряные. Достоинством вентильных фото­элементов является высокая чувствительность и собст­венная э.д.с. Поэтому их можно использовать во мно­гих схемах без источника питания.

Основные параметры некоторых типов вентильных фотоэлементов приведены в таблице 43.

Поскольку фотоэлементы, используемые в качестве фотодатчиков, дают слишком малый гок, чтобы приве­сти в действие те или иные исполнительные устройства, возникает необходимость в усилении фотогока с по­мощью усилительных устройств. Сочетание фотоэлемен­та с электронным усилителем, на выходе которого вклю­чено электромеханическое реле, приводит к созданию фотоэлектронного реле или фотореле.

При планировании практических работ руководитель должен заранее сделать выбор тех приборов и устройств, которые предстоит изготовить на занятиях, и составить технические требования будущих приборов, распреде­лить работу между кружковцами.

Фотоэлектронные устройства и фотореле широко применяются в автоматике и телемеханике. В распоря­жении у руководителя кружка имеется широкий выбор схем и конструкций, которые он может предложить сво­им воспитанникам.

Рекомендуемая тематика включает в себя изготовле­ние различных типов фотореле, фотосчетчиков, автома­тических фотометров, моделей следящих систем на фо­тоэлементах, фотоэлектрических устройств для контро­ля производственных процессов и определения прозрач­ности среды, устройств автоматической защиты и сиг­нализации на фотореле; изготовление фототира, фото­телефона, моделей лазера и турникета для метро и др.

Кружковцы под руководством преподавателя реша­ют конструктивные задачи. Приборы для практических работ должны иметь характер учебно-наглядных посо­бий, демонстрирующих принцип действия того или ино­го устройства, автоматики, или иметь форму блоков, вы­полняющих отдельные функции комплексного устройства.

Рекомендуется силами кружковцев подготовить не­сколько докладов, в которых будут представлены на общее обсуждение проекты автоматических устройств. Вычерчивается блок-схема, принципиальная схема и эскиз конструкции автоматического устройства; состав­ляется короткая пояснительная записка. После того как проект доклада будет готов, руководитель рецензируем его и дает замечания. Продолжительность доклада 15— 20 мин. Доклад может быть подготовлен двумя или гре­мя ребятами в зависимости от сложности выбранною ими автомата. Руководитель должен, предварительно побеседовав и установив степень сложности проекта, зная наклонности ребят, определить, кто из данной груп­пы будет готовить графический материал, кго будет изготовить пояснительную записку, а кто будет прорабаты­вать конструкцию.

Выбрать нужную схему поможет приводимый ниже перечень статей с описаниями фотоэлектронных устройств

1. «Радио», № 2, 1968. Прибор для определения мутности рас­твора. Прибор предназначен для определения мутности раствора по изменению интенсивности света, проходящего через раствор.

2. «Радио», № 2, 1968. Часы-полуавтомат для подачи школь­ных звонков.

  1. «Радио», № 4, 1968 Фотореле со звуковой сигнализацией.
  2. «Радио», № 8, 1968 Реле времени для фотопечати. Приводит­ся схема реле времени с автоматической установкой выдержки на основании показаний фоточувствительного элемента.
  3. «Радио», № 8, 1969. Реле времени на фоторезисторах.
  4. «Радио», № 9, 1969. В. Шилов Неоновая лампа в фотореле.
  5. «Радио», № 10, 1969 Фотореле с тиратроном МТХ-90.
  6. «Радио», № 12, 1969. Новогодние гирлянды, В статье при­ведены схемы переключающих устройств с использованием фото­резисторов.
  7. «Радио», № 2, 1970. Фототранзистор — индикатор дыма.
  8. «Радио», № 9, 1970. Э. Тарасов Свет управляет моделью.
  9. «Радио», № 9, 1970. Автомат включения уличного освеще­ния.
  10. «Радио», № 4, 1971. Бесконтактный тиристорный выключа­тель. Управление устройством осуществляется с помощью фоточув­ствительного элемента.
  11. «Радио», № 4, 1971. Автостоп в магнитофоне.
  12. «Радио», № 5, 1972. Ю. Пистогов. Автомат включения осве­щения.
  13. «Радио», № 6, 1972. В. Вознюк. Пингвин идет на свет. В статье дается описание электронной игрушки, управляемой с по­мощью света.
  14. «Радио», № 8, 1972. С. Бирюков. Автомат — выключатель освещения. Описываемое устройство используется для автоматиче­ского включения и выключения освещения в небольших помеще­ниях.
  15. «Радио», № 8, 1972. Счетчик фотовспышек.
  16. «Моделист-конструктор», № 1, 3, 4, 5, 1969. Опыты с чере­пахой.
  17. «Моделист-конструктор», № 7, 1969 Полуавтомат для ки­нопроектора. Приводится схема устройства, позволяющего авто­матически прервать демонстрацию фильма включением света в классе.
  18. «Моделист-конструктор», № 10, 1969. Микроклимат в аква­риуме. Приводится схема регулятора температуры на фотоэлемен­те.
  19. «Моделист-конструктор», № 12, 1969. Луч—ключ. В статье приводится схема фотоэлектронного замка.
  20. «Моделист-конструктор», № 7, 1970. Устройство «Пульс». Для преобразования данных о пульсе в электрический сигнал ис­пользуется фотоэлектрический датчик
  21. «Моделист-конструктор», N° 7, 1970. Лазер «КЮГ-1».
  22. «Моделист-конструктор», JMb 7, 1970. Луч попадает в «де­сятку». Приводится описание фототира.
  23. «Моделист-конструктоп», № 1, 1971. Ориентир — Солнце. Описываемое устройство автоматически наводится на Солнце.
  24. «Моделист-конструктор», N° 3, 1972. Фотоэлемент на кон­вейере.
  25. «Моделист-конструктор», № 6, 1972 «Кошкин глаз» или один безусловный рефлекс. Описано устройство моделирующее реакцию на свет.

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

|
Copyright © 2021 Профессиональный педагог. All Rights Reserved. Разработчик APITEC
Template Settings
Select color sample for all parameters
Red Green Blue Gray
Background Color
Text Color
Google Font
Body Font-size
Body Font-family
Scroll to top