Какой фотоприбор может использоваться как источник электроэнергии

Руководство

Какую гофру использовать для проводки в деревянном доме

• автор: admin
• 27.07.2023

Скрытая электропроводка в деревянном доме. Часть 1 Апрель 21st, 2012 Рубрика: Монтаж электропроводки Здравствуйте, уважаемые посетители сайта http://zametkielectrika.ru. В этой статье я Вам расскажу как… Подробнее » Какую гофру использовать для проводки в деревянном доме

Какой усилитель нужен для s90 радиотехника

• автор: admin
• 27.07.2023

Что лучше подойдет к S-90 (ресивер или усилитель)?? В этом бюджете однозначно стереоусилок. Т.к. АВ-ресивер 5(6,7).1, способный раскачать эти АС, будет стоить туеву хучу бабла.… Подробнее » Какой усилитель нужен для s90 радиотехника

Какой фотоприбор может использоваться как источник электроэнергии

• автор: admin
• 27.07.2023

Полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи энергии (фотоэлементы) Фотоэлементами называются электронные приборы, предназначенные для преобразования энергии фотонов в энергию электрического тока, т. е. фотоэлементы, или солнечные элементы, преобразуют… Подробнее » Какой фотоприбор может использоваться как источник электроэнергии

Какой ток притягивает а какой отталкивает

• автор: admin
• 27.07.2023

Какое напряжение опасней для человека: 220В или 380В? И почему? Этот вопрос задал мне мой начальник для проверки моей квалификации, я дал ответ более или… Подробнее » Какой ток притягивает а какой отталкивает

Какой уровень масла должен поддерживаться в маслонаполненных аппаратах ру

• автор: admin
• 27.07.2023

ПТЭЭС 5.4.1 . Электрооборудование распределительных устройств (РУ) всех видов и напряжений по номинальным данным должно удовлетворять условиям работы при номинальных режимах, коротких замыканиях, перенапряжениях и… Подробнее » Какой уровень масла должен поддерживаться в маслонаполненных аппаратах ру

Какой фотоприбор может использоваться как источник электроэнергии

Полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи энергии (фотоэлементы)

Фотоэлементами называются электронные приборы, предназначенные для преобразования энергии фотонов в энергию электрического тока, т. е. фотоэлементы, или солнечные элементы, преобразуют солнечный свет непосредственно в электричество.

Исторически первый прообраз современного фотоэлемента изобрел Александр Григорьевич Столетов в конце 19 века. Он создал прибор, работавший на принципе внешнего фотоэффекта. Первая экспериментальная установка состояла из пары расположенных параллельно плоских металлических листов, один из которых был изготовлен из сетки, чтобы пропускать свет, а второй — сплошной.

На листы подавалось постоянное напряжение, которое можно было регулировать в пределах от 0 до 250 вольт. Положительный полюс источника напряжения был соединен с сетчатым электродом, а отрицательный — со сплошным. В цепь также был включен чувствительный гальванометр.

Когда сплошной лист освещали светом от электрической дуги, стрелка гальванометра отклонялась, показывая что в цепи возникает постоянный ток, несмотря на то, что между дисками находится воздух. В эксперименте ученый установил, что величина «фототока» зависит как от приложенного напряжения, так и от интенсивности света.

Усложнив установку, Столетов разместил электроды внутри баллона, из которого был откачан воздух, а через кварцевое окно на чувствительный электрод подавался ультрафиолет. Так был открыт фотоэффект.

Сегодня на основе данного эффекта работают фотоэлектрические преобразователи. Они реагируют на электромагнитное излучение, падающее на поверхность элемента, и преобразуют его в напряжение на выходе. Пример такого преобразователя — солнечный элемент. На этом же принципе работают и светочувствительные датчики.

В конструкцию типичного фотоэлемента входит слой фоточувствительного высокоомного материала, который размещен между двумя токопроводящими электродами. В качестве фотоэлектрического материала для солнечных элементов обычно используют полупроводник, который при полном его освещении способен дать на выходе 0,5 вольт.

Такие элементы наиболее эффективны с точки зрения вырабатываемой энергии, ведь они позволяют осуществить прямой одноступенчатый переход энергии фотонов — в электрический ток. При нормальных условиях КПД в 28% является для таких элементов нормой.

Интенсивный фотоэффект возникает здесь благодаря неоднородности полупроводниковой структуры рабочего материала. Эту неоднородность получают либо путем легирования используемого полупроводникового вещества различными примесями, создавая таки образом p-n-переход, либо соединяя полупроводники с различными размерами запрещенных зон (энергий, при которых электроны покидают свои атомы) — так получается гетеропереход, или путем подбора такого химического состава полупроводника, чтобы внутри проявлялся градиент ширины запрещенной зоны — варизонная структура. В итоге эффективность элемента зависит от характеристик неоднородности, получаемой внутри той или иной полупроводниковой структуры, а также от фотопроводимости.

Для того чтобы сократить потери в солнечном фотоэлементе, при их изготовлении прибегают к ряду положений.

Во-первых, используются полупроводники, ширина запрещенной зоны которых оптимальна именно для солнечного света, например кремний и соединения арсенида галлия.

Во-вторых, свойства структуры улучшают путем оптимального легирования. Отдают предпочтение гетерогенным и варизонным структурам. Подбирают оптимальную толщину слоя, глубину залегания p-n-перехода, лучшие параметры контактной сетки.

Создаются и каскадные элементы, где работают несколько полупроводников с разной шириной запрещенной зоны, чтобы пройдя чрез один каскад, свет попадал на следующий и т. д. Перспективной представляется идея разложения солнечного спектра с тем, чтобы каждую его область преобразовывал отдельный участок фотоэлемента.

На рынке сегодня можно встретить фотоэлектрические элементы трех основных типов: монокристаллические кремниевые, поликристаллические кремниевые и тонкопленочные. Тонкопленочные считаются наиболее перспективными, поскольку они чувствительны даже к рассеянному свету, допускают размещение на искривленных поверхностях, не так хрупки как кремниевые, эффективны даже при высоких температурах эксплуатации.

В дополнение к полупроводниковым материалам солнечные элементы состоят из двух металлических сеток или электрических контактов. Один помещается над полупроводниковым материалом, а другой — под ним.

В производстве фотоэлементов используются различные материалы, в том числе материалы, широко используемые в коммерческих целях (например, алюминий и стекло), химические вещества, широко используемые в полупроводниковой промышленности (например, силан и плавиковая кислота), и некоторые химические вещества, уникальные для фотоэлектрической промышленности, например, селенид меди-индия (CIS) и теллурид кадмия (CdTe).

Фотоэлементы собираются в плоские системы, которые можно устанавливать на крышах или в других солнечных местах. Они генерируют электроэнергию без движущихся частей, работают тихо, без вредных выбросов и требуют минимального обслуживания.

Фотоэлектрические элементы быстро развиваются в последние десятилетия из-за их преимуществ экологически чистого и экономичного сбора солнечной энергии.

В настоящее время предпринимаются усилия по повышению эффективности фотоэлектрических элементов, а также по снижению капитальных затрат. Значительное внимание также уделяется полностью интегрированным в здание фотоэлементам, где фотоэлементы являются альтернативой другим строительным материалам.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

42. Элементы оптоэлектроники. Фотоприборы

Фотоприборы – это приборы, предназначенные для преобразования энергии электромагнитного излучения в электрическую.

1. фотоприёмники (оптоэлектронные приборы, предназначенные для преобразования энергии оптического излучения в электрическую энергию.

— фоторезисторы (полупроводниковый фотоэлектрический прибор с внутренним фотоэффектом, в котором используется явление фотопроводимости, т.е. изменение электрической проводимости полупроводника под действием оптического излучения)

— фотодиоды (полупроводниковый фотоэлектрический прибор, в котором используется внутренний фотоэффект. Устройство фотодиода аналогично устройству обычного плоскостного диода. Отличие состоит в том, что его р-n-переход одной стороной обращен к стеклянному окну в корпусе, через которое поступает свет, и защищен от воздействия света с другой стороны).

— фототранзисторы (полупроводниковый управляемый оптическим излучением прибор с двумя взаимодействующими р-n-переходами. Фототранзисторы, как и обычные транзисторы, могут иметь p-n-p-и n-p-n-структуру. Конструктивно фототранзистор выполнен так, что световой поток облучает область базы. Наибольшее практическое применение нашло включение фототранзистора в схеме с ОЭ, при этом нагрузка включается в коллекторную цепь. Входным сигналом фототранзистора является модулированный световой поток, а выходным – изменение напряжения на резисторе нагрузки в коллекторной цепи)

— фототиристоры (оптоэлектронный прибор, имеющий структуру, схожую со структурой обычного тиристора и отличается от последнего тем, что включается не напряжением, а светом, освещающим затвор. Этот прибор применяется в управляемых светом выпрямителях и наиболее эффективен в управлении сильными токами при высоких напряжениях. Скорость отклика на свет — менее 1 мкс).

2. излучающие приборы

3. фотогальванические элементы (солнечные батареи).

43. Элементы оптоэлектроники. Светоприборы

Светоприборы — излучающие приборы, преобразующие электрическую энергию в энергию оптического излучения с определенной длиной волны или в узком диапазоне длин волн. В основе работы управляемых источников оптического излучения лежит одно из следующих физических явлений: температурное свечение, газоразрядное излучение, электролюминесценция, индуцированное излучение. Источники излучения бывают когерентными (лазеры) и некогерентными (лампы накаливания, газоразрядные лампы, электролюминесцентные элементы, инжекционные светодиоды).

Принцип действия полупроводниковых излучающих приборов основан на явлении электролюминесценции — явление излучения света телами под действием электрического поля. Электролюминесценция является частным случаем люминесценции — электромагнитное нетепловое излучение, обладающее длительностью, значительно превышающей период световых колебаний. Люминесцировать могут твердые, жидкие и газообразные тела. В оптоэлектронных приборах используется люминесценция кристаллических примесных полупроводников с широкой запрещенной зоной. В полупроводниках генерация оптического излучения обеспечивается инжекционной электролюминесценцией. Генерация оптического излучения в p-n-переходе объединяет два процесса: инжекцию носителей и электролюминесценцию.

Светодиод – полупроводниковый прибор с одним или несколькими электрическими переходами, преобразующий электрическую энергию в энергию некогерентного светового излучения, при смещении p-n-перехода в прямом направлении. Излучательная способность светодиода характеризуется: внутренней квантовой эффективностью (или внутренним квантовым выходом), определяемой отношением числа генерируемых фотонов к числу инжектированных в активную область носителей заряда за один и тот же промежуток времени; внешней квантовой эффективностью излучения (квантовым выходом), определяемой отношением числа фотонов, испускаемых диодом во внешнее пространство, к числу инжектируемых носителей через р-n-переход.

Характеристики светодиода: ВАХ, яркостная характеристика (зависимость яркости излучения от величины тока, протекающего через р-n-переход), спектральная характеристика (зависимость интенсивности излучения от длины волны излучаемого света или от энергии излучаемых квантов). Параметры светодиода: сила света (световой поток, приходящийся на единицу телесного угла в заданном направлении, выражается в канделах (кд)), яркость излучения (отношение силы света к площади светящейся поверхности), постоянное прямое напряжение (падение напряжения на диоде при заданном токе); цвет свечения или длина волны, соответствующая максимальному световому потоку; максимально допустимый постоянный прямой ток (определяет максимальную яркость излучения), максимальное допустимое постоянное обратное напряжение.

Элементы оптоэлектроники. Фотоприборы

Фотоприборы – это приборы, предназначенные для преобразования энергии электромагнитного излучения в электрическую.

1. фотоприёмники (оптоэлектронные приборы, предназначенные для преобразования энергии оптического излучения в электрическую энергию.

— фоторезисторы (полупроводниковый фотоэлектрический прибор с внутренним фотоэффектом, в котором используется явление фотопроводимости, т.е. изменение электрической проводимости полупроводника под действием оптического излучения)

— фотодиоды (полупроводниковый фотоэлектрический прибор, в котором используется внутренний фотоэффект. Устройство фотодиода аналогично устройству обычного плоскостного диода. Отличие состоит в том, что его р-n-переход одной стороной обращен к стеклянному окну в корпусе, через которое поступает свет, и защищен от воздействия света с другой стороны).

— фототранзисторы (полупроводниковый управляемый оптическим излучением прибор с двумя взаимодействующими р-n-переходами. Фототранзисторы, как и обычные транзисторы, могут иметь p-n-p-и n-p-n-структуру. Конструктивно фототранзистор выполнен так, что световой поток облучает область базы. Наибольшее практическое применение нашло включение фототранзистора в схеме с ОЭ, при этом нагрузка включается в коллекторную цепь. Входным сигналом фототранзистора является модулированный световой поток, а выходным – изменение напряжения на резисторе нагрузки в коллекторной цепи)

— фототиристоры (оптоэлектронный прибор, имеющий структуру, схожую со структурой обычного тиристора и отличается от последнего тем, что включается не напряжением, а светом, освещающим затвор. Этот прибор применяется в управляемых светом выпрямителях и наиболее эффективен в управлении сильными токами при высоких напряжениях. Скорость отклика на свет — менее 1 мкс).

2. излучающие приборы

3. фотогальванические элементы (солнечные батареи).

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Какой фотоприбор может использоваться как источник электроэнергии

Фотоэлектронные (фотоэлектрические) приборы предназначены для преобразования световой энергии в электрическую.

Все полупроводниковые фотоэлектрические приборы основаны на внутреннем фотоэффекте – возбуждении атомов и росте концентрации свободных носителей заряда под воздействием светового излучения. При этом в полупроводнике растет проводимость, а на p-n переходах появляется ЭДС.

К фотоэлектронным приборам относятся фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы и фототиристоры.

Фоторезистор — это полупроводниковый фотоэлектрический прибор, сопротивление которого изменяется под действием светового излучения. На рисунке. 1.7.1 показана схема включения фоторезистора и его характеристики. Фоторезисторы, как и другие фотоэлектрические приборы, характеризуются световой характеристикой, т.е. зависимостью фототока , протекающего через прибор от светового потока . Она нелинейная и это является недостатком фоторезистора. ВАХ фоторезистора линейны, а их наклон зависит от величины светового потока.

Рисунок 1.7.1 Схема включения фоторезистора (а), световая характеристика (б)

вольт-амперная характеристика (в)

Фоторезисторы могут работать и на переменном токе. Фоторезисторы являются самыми простыми и дешевыми фотоэлектрическими приборами.

Фотодиод — это полупроводниковый фотоэлектрический прибор, основанный на внутреннем фотоэффекте, содержащий один p-n переход и имеющий два вывода.

Фотодиоды могут работать в двух режимах: без внешнего источника электроэнергии (режим фотогенератора) и с внешним источником (режим фотопреобразователя). На рисунке 1.7.2, а, б показаны эти схемы включения.

Рисунок 1.7.2 Схемы включения фотодиода в режиме фотогенератора (а), фотопреобразователя (б), световая характеристика (в), вольтамперная характеристика (г)

При освещении фотодиода в режиме фотогенератора на его выводах появляется фото-ЭДС с полярностью слева «+», справа «–». При подключении сопротивления нагрузки под действием ЭДС по нему идет фототок. Именно в таком режиме работают солнечные батареи.

В режиме фотопреобразователя через p-n переход протекает обратный ток, зависящий от светового потока, определяющего число неосновных носителей. Световая характеристика в режиме фотопреобразователя (рисунке 1.7.2, в) линейна и выражается уравнением

Рисунок 1.7.3 Включения фототранзистора

Они имеют линейную световую характеристику, а выходные ВАХ аналогичны ВАХ обычного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, но в качестве параметра вместо тока базы выступает световой поток. Чувствительность фототранзисторов достигает 1 А/лм. Параметры фототранзисторов существенно зависят от температуры.

В качестве полупроводниковых излучателей света используются светоизлучающие диоды (светодиоды). Принцип действия светодиодов основан на излучении квантов света при прямом токе вследствие рекомбинации носителей заряда. Цвет излучения определяется материалом, из которого сделан фотодиод. Светодиоды работают при напряжении 2. 5В и токе до 40мА на один диод. Они имеют весьма низкий КПД.

Основное применение светодиодов – устройства индикации.

На рисунок 1.7.4 приведена схема включения светодиода и его яркостная характеристика – зависимость яркости B от тока I.

Похожие публикации:

1. Как сделать розетки на кухне
2. Как работает генератор без магнитов
3. Какое действие не оказывает электрический ток
4. Какой стандарт обжима витой пары в сша

Приборы принцип действия которых основан на явлении фотоэффекта

Преобразование лу­чистой энергии в электрическую возможно за счет внутреннего и внешнего фотоэффекта. Внутренний фотоэффект заключается в том, что под действием энергии светового излучения в области p—n перехода происходит ионизация атомов основного вещества и примеси, в результате чего образуются пары электрон – дырка. На внутреннем фотоэффекте созданы такие приборы, как фоторе­зисторы, фотодиоды и фототранзисторы. В приборах с внешним фотоэффектом — фотоэлементах, фотоэлектронных умножителях получение свободных электронов с поверхности фото­катода обусловлено фотоэлектронной эмиссией, открытой российским физиком А.Г.Столетовым.

По принципу действия фотоэлементы ­делятся на три основные группы:

1.Фотоэлементы с внешн.фотоэффектом — выходом электронов с поверхности металла под действием энергии электро­магнитного излучения.

2.Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом-изменением эл. сопротивления полупровод­ника под действием энергии электромагнитного излу­чения.

3.Фотоэлементы с вентильным или фотогальва­ническим эффектом –

Образованием э.д.с. между слоями с различной проводимостью под действием электромагнитного излучения.

2.2.Фоторезисторы. Фоторезисторами называются по­лупроводниковые приборы, электрическое сопротив­ление которых изменяется под действием светового потока.

Р ис.2.1. а. К принципу действия фоторезистора;

б. Корпус фоторезистора;

в. Условное обозначение;

г. ВАХ фоторезистора;

д. Световая характеристика фоторезистора.

Принцип действия фоторезисторов основан на использовании внутрен-него фотоэффекта. Под действием световой энергии в полупроводнике возникают дополн. носители заряда—электроны и дырки, т.е. образуется дополнительная проводимость–фотопроводимость. Сопротивление при этом уменьшается. Если к возбужденному свет.потоком полупроводнику 2(рис. 2.1,а), нанесённому на стекл. пластину 1 и снабженному металл.электродами 3, прило­жить напряжение U_ф, то движение электронов станет направленным и по цепи резистора R_н будет прохо­дить ток I_ф. Выходное напряжениеU_вых на резисторе R_н, воздействует на следующие эле­менты электроники. Во избежание воздействия окру­жающей среды (влажности, загрязнения и т. п.) фоторезистор запрессовывается в пластмассовый кор­пус 4(рис.2.1,б) с окном 5 для света и снабжается штырьками 6.

Для изготовления фоторезисторов приме­няются сернистые и селенистые соединения кадмия и свинца.

Основные характеристики: световая, вольт-амперная и спект­ральная. Световая характеристика (рис. 2.1,д) — зависимость фототока от освещенности светочувствительной поверхности фоторезистора при постоянном напряжении.

Вольт-амперная характеристика (рис.2.1,г) — зависимость фототока и темнового тока от напряжения на фоторезисторе при постоян. освещенности поверхности.

Спектральная характеристика фоторезистора — за­висимость фототока от длины волны падаюшего света.

Фоторезисторы из сернистого кадмия имеют мак­симум чувствительности в видимой части спектра. Другие фоторезисторы более чувствительны к инфра­красным лучам.

Главное достоинство фоторезисторов — высокая удельная интегральная чувствительность. У сернисто-свинцовых фоторезисторов 400—500 мкА/лм. Это позво­ляет использовать фоторезисторы без усилителей а малые габариты применять их широко. Они используются в системах фотоконтроля и фотоэлектронной автоматики, в качестве чувствительных элементов на входе приемников в системах оптической связи, обнаружения инфракрасного излучения, радиоастрономических и дру­гих систем.

Основные недостатки фоторезисторов: инер­ционность и сильное влияние температуры, что приводит к большому разбросу характеристик фоторезисторов одного типа.

Маркировка фоторезисторов:

первый элемент : СФ (сопротивление фото­чувствительное);

второй элемент: цифра — тип светочувствительного материала;

третий элемент (после дефиса): цифра — конструктивное оформление.

Пример маркировки: СФ2-4, СФ1-5.

2.3.Вентильные фотоэлементы. В вентильных фото­элементах световая энергия непосредственно преобра­зуется в электрическую, поэтому для них не требуется посторонних источников тока.

Рис.2.2.Устройство и условное обозначение вентильного фотоэлемента

Принцип действия вентильного (фотогальвани­чес-кого) фотоэлемента основан на использовании запирающего слоя, образуемого р-п-переходом. На металл.электрод1нанесен тонкий слой полупроводни­кового материала 2 (обычно селена и сернистого таллия), на поверхность которого распы­лением наносится тонкий слой ме­талла 4—второй электрод фотоэлемента. Запирающий слой 3создается термической обработкой. В результате переме-щения основн. носителей на границе полупроводника и полупрозрачно­го слоя металла образуется запирающий слой. При облучении кванты света, проникая в р-п-переход, увеличивают число неосновных носите­лей-дырок в п-области и электронов в р-области. Дырки под действием потенциального барьера перемещаются из п-области в р-область, а электроны — наоборот. В результате на р-п-переходе образуется избыток зарядов, создающих дополнительную разность по­тенциалов, называемую фотоэлектродвижущей силой(фото-эдс). При замыкании в эл. цепи под действием фото-эдс будет проходить эл.ток, зависящий от интенсивности светов.потока, падающего на фотоэлемент.

Наи­большее применение получили селеновые, сернисто-таллиевые и крем-ниевые фотоэлементы вен­тильного типа. Интегральная чувствительность селе­нового фотоэлемента- 400-600 мкА/лм и расположена в области голубых и зеленых лучей. В сернистоталлиевых фотоэлементах интегральная чувствитель-ность около 11000мкА/лм. Спектральная ха­рактеристика этих фотоэлементов захватывает всю область видимого спектра и большую часть инфракрасной области. Особый тип вентильных фотоэлементов, кремниевые — для изготовле-ния солнечных батарей, преобразующих солнечную энергию в электрическую.

Рис.2.3. Устройство солнечного фотоэлемента

Солнечный фотоэлемент состоит из пластины кремния п-типа. На поверхность пластины путем диффузии вводят примесь бора, образуя слой р-типа. Толщина этого слоя не больше 2—3 мкм, поэтому свет.энергия легко проникает в зону р-п-перехода. Мак­симум интегральной чувствительности солнечного фотоэлемента лежит в инфракрасной области. Сол­нечные фотоэлементы обладают высоким КПД, дос­тигающим 10—13% (КПД сернисто-таллиевых фотоэлементов — 1,1%). Соединяя последовательно кремниевые фотоэлемен­ты, получают солнечную батарею, с большим сроком службы, которая используется для электропи­тания таких устройств как искусств.спутники Земли и космические корабли.

2 .4.Фотодиоды. Фотодиодом называется двухэлектродный полупроводни-ковый прибор с одним элект­ронно-дырочным переходом, обратный ток которо- го изменяется под действием лучистой энергии и яв­ляется его рабочим током.

Рис.2.4.Схемы включения фотодиода:

а) с внешн.источником эл.питания(фотодиодный);

б) без источника эл.питания (вентильный или фото­гальванический).

1.При работе фотодиода в фотодиодном режиме, на диод не действует поток лучистой энергии и через р-п-переход протекает неболь­шой обратный — темновой ток неосновных носителей эл.зарядов, возникающих при разрывах ковалентных связей, из-за теплового воздействия окружаю­щей среды. При облучении фотодиода, из-за внутреннего фотоэффекта, возникают дополнительные дырки и электроны. Дырки диффундируют вглубь облучаемой области, доходят до р-п-перехода и под действием эл. поля р-п-перехода увле­каются в р-область диода.

Т.о., поток лучистой энергии увели­чивает число неосн. носителей эл.зарядов, а значит и ток в цепи.

2.При работе фотодиода в вентильном режиме и при отсутствии потока лучистой энергии темнового тока в цепи нет, т.к. р-п-переход находится в равновесном состоянии, т.е. токи диффузии уравновешиваются токами дрейфа. При облучении фотодиода дырки и электроны будут возникать из-за разрыва ковалентных связей. Под действием эл. поля р-п-перехода дырки будут пере-ходить в р-область, а электроны останутся в п-области, т.к. не в состоянии преодолеть потенциальный барьер р-п-перехода.

Т.о., при облучении диода происходит накопление дырок в р-области и электронов в п-обла­сти, пони­жается высота потенциальн. барьера р-п-перехода на величину фото-эдс, возрастают диффузионные токи осн.носителей через р-п-переход. В этом режиме фотодиод не требует внешнего источника питания, т.к. сам является гене­ратором эл. тока, фото-эдс может дости­гать 1 В.

Основные характеристики: световая, вольт-амперная и спектральная.

Германиевые фотодиоды захватывают область инфракрасных лучей

(λ =1,5 мкм). Для кремниевых — максимум солнечного спектра (λ = 0,8 мкм).

Параметры фотодиодов: вели­чина темнового тока, максимально допусти-мое на­пряжение, рабочее напряжение, интегральную чувствительность.

Маркировка фотодиодов:

ФД — фотодиод германиевый; ФДК—фотодиод кремниевый;

Цифра после букв — номер заводской разработки. Например, ФД-3, ФДК-1.

2.5.Фототранзисторы. Фоторезисторы и фотодиоды являются пассивными преобразователями лучистой энергии, т. е. не обладающими усилительными свойс­твами. В отличие от этих приборов фототранзистор является активным преобразователем, в нем проис­ходит не только преобразование энергии излучения, но и усиление.

К онструктивно фототранзистор представляет струк­туру плоскостного транзистора р-п-р или п-р-п-типа. База фототранзистора подвергается облуче-нию потоком лучистой энергии.

Рис.2.5.Устройство и схемы включения фототранзисторов:

а) со свободной базой;

б)с базой, на которую подается напряжение смещения.

Конструктивно фототранзис-торы выполняются в металическом корпусе со стеклянным окном. Возможны две схемы включе­ния фототранзисторов: схема со свободной базой (рис. 2.5, а) и схема (рис. 2.5,б), в которой на базу подается напряжение смещения, необходимое для получения линейной характеристики.

При облучении базы в ней создаются неравновесные носители (дырки и электроны), которые будут втягиваться в коллекторную область транзистора, увели­чивая обратный ток коллекторного перехода. Основ­н. неравновесные носители останутся в базе, при этом снизится высота потенциального барьера эмиттерного перехода. Уменьшение высоты потенциаль­ного барьера увеличит инжекцию дополн.зарядов из эмиттера в базу, меньшая часть которых реком- бинирует в области базы, а большая — уйдёт в коллектор через коллекторный переход. Коллектор­ный ток возрастёт.

Основные параметры: темновой ток, интегральная чувствитель­ность, коэф-фициент передачи по току β, допустимый ток и мощность при облучении.

Фототранзисторы, как и фотодиоды, применяются в качестве приемников лучистой энергии в различных фотоэлектронных устройствах.

Маркируются фото­транзисторы буквами ФТ, например ФТ-1.

2.6.Светодиоды. Светодиодом называют полупровод­никовый диод с одним электронно-дырочным пере­ходом, в котором происходит непосредственное пре­образование эл. энергии в энергию све­тового излучения (видимого или инфракрасного) за счет рекомбинации электронов и дырок.

В обыч­ных диодах в процессе реком­бинации вы­деляется энергия, отдаваемая кристалли­ческой решет-ке, т.е.пре­вращается в теплоту. У полупроводников на основе арсенида галлия, карбида кремния при рекомбина­ции происходит излуче­ние света.

Рис.2.6.Устройство и схема включения светодиода.

Светодиоды нуждаются в источнике питания с боль-шим внутренним сопротивлением. Для этого последовательно с источником питания включают ре­зистор R₀, уменьшающий зависимость тока от напряжения питания.

Основ­ные характеристики: вольт-амперная I_пp=f₁(U); зависимость мощ­ности и яркости излучения от прямого тока: Р=f₂(I_пр) и В=f₃(I_пр).

Основные параметры: мощность излучения Р, длина волны излучаемого света λ и КПД.

Длина волны λ, определяющая цвет свече­ния, зависит от материала полу-проводника. Так, длина волны излучения фосфида галлия соответствует зеле -ному цвету, а введением примесей можно получить желтый и красный цвета. КПД светодиода — отношение мощности излучения к эл.мощности, подводимой к диоду — лежит в пределах 0,1 — 1%. Низкие напряжения (менее 3 В) и малые токи (5—10 мА) обеспечивают совместимость свето­диодов с и.м.с. Кроме этого, небольшие габариты, высокая надежность, большой срок службы и низкая стои­мость делают светодиоды особенно удобными в схемах ЭВМ (в схемах индикации, системах фотопамяти и др.).Светодиоды имеют инерцион- ность, не превышающую10 -6 -10 -8 с, что по­зволяет применять их в им­пульсных цепях на часто­тах от 1 до 100 мГц. Све­тодиоды находят примене­ние в индика- торных схе­мах, в выч.тех­нике, ядерной радиоэлект­ронике, автоматике, элект­рон. цифровых часах и т.д. Широкое применение получили не отдельные светодиоды, а матрицы светодиодов, позволяющие воспроизводить цифру или букву от А до Я, которые применяются в устройствах отображения информа­ции и различных табло.

Светодиоды нашли широкое применение в создании нового класса приборов — оптронов.

Р ис.2.7.Условные графические изображения оптронов: а — резисторный; б—диодный; в— транзисторный; г — тиристорный.

Они состоят из источника — светодиода и прием­ника излучения (фоторезистора, фотодиода, фототранзис-тора), связанных оптической средой и конст­руктивно объединенных в одном корпусе. Вход и выход оптрона электрически развязаны. Оптическую среду распространения сигнала от излу­чателя к приемнику представляет световод — нить из прозрачного диэлект­рика. Световой луч поступает в торец световода, после многократного отражения от боковых стенок, выходит с другого конца световода. С помощью волоконного световода можно раз­местить приемник далеко от излучателя, обеспечив их высокую эл. изоляцию и помехоустойчивость.

Оптроны применяются в быстропереключающих схемах, генераторах, для согласования высоковольт­ных и низковольтных цепей, измерений в цепях высокого напряжения, усиления и модуляции.

Оптроны являются элементной базой для нового направления электроники — оптоэлектроники.

Применение фотоэффекта в технике

Приборы, в основе принципа действия которых лежит явление фотоэффекта, называют фотоэлементами. Фотоэлементы, действие которых основано на внешнем фотоэффекте, имеют следующее устройство. Внутренняя поверхность стеклянного баллона, из которого выкачан воздух, покрыта светочувствительным слоем К с небольшим прозрачным для света участком — «окном» О для доступа света внутрь баллона. В центре баллона находится металлическое кольцо А. От электродов К л А сделаны выводы для подключения фотоэлемента к электрической цепи В качестве светочувствительного слоя обычно используют напыленные покрытия из щелочных металлов, имеющих малую работу выхода, т.е. чувствительных к видимому свету (изготовляют и фотоэлементы, чувствительные только к ультрафиолетовым лучам).

Фотоэлементы, использующие внешний фотоэффект, преобразуют в электрическую энергию лишь незначительную часть энергии излучения. Поэтому в качестве источников электроэнергии их не используют, зато широко применяют в различных схемах автоматики для управления электрическими цепями с помощью световых пучков.

В качестве примера рассмотрим принцип действия фотоэлектрического реле, срабатывающего при прерывании светового потока, падающего на фотоэлемент. Фотореле состоит из фотоэлемента Ф, усилителя фототока, в качестве которого используют вакуумный триод Т, и электромагнитного реле ЭМР, включенного в анодную цепь триода. Напряжение на фотоэлемент подают от источника тока Е1 а на триод — от источника тока Е2. Ток накала триода создают источником тока Е3- Между сеткой и катодом триода включен нагрузочный резистор RH.

Когда фотоэлемент освещен, в его цепи, содержащей резистор RH, идет ток. На резисторе Ru происходит падение напряжения, вследствие чего потенциал сетки триода значительно меньше потенциала катода и лампа заперта.
Если же поток света, падающий на фотоэлемент, прерывается, ток в его цепи сразу прекращается, падение напряжения на резисторе становится равным нулю и лампа отпирается. Через обмотку электромагнитного реле идет анодный ток, реле срабатывает и его контакты замыкают исполнительную цепь, функциями которой могут быть остановка пресса, в зону действия которого попала рука человека; выдвигание преграды в турникете метро и т.д.

С помощью фотоэлементов осуществляется воспроизведение звука, записанного на кинопленке а также передача движущихся изображений (телевидение).

В аэронавигации, в военном деле широкое применение нашли фотоэлементы, чувствительные к инфракрасным лучам. Инфракрасные лучи невидимы, облака и туман для них прозрачны.

Сочетание фотоэффекта со вторичной электронной эмиссией применяется в фотоэлектронных умножителях (ФЭУ): слабый пучок фотоэлектронов, ускоряясь попадает на ряд катодов, выбивая из каждого вторичные электроны и лавинообразно усиливаясь. Усиление 9-каскадного ФЭУ достигает 106, т.е. на выходе из фотоумножителя сила тока в миллион раз превосходит первичный фототок.

На явлении внутреннего фотоэффекта основана работа фото-сопротивлений.

Простейшее фотосопротивление представляет собой пластинку изолятора, на которую нанесен тонкий слой полупроводника. При освещении пластинки возникает фотопроводимость и в цепи фотосопротивления идет ток. Фотосопротивления применяются в звуковом кино, для сигнализации, в телевидении, автоматике и телемеханике.

Фотосопротивления позволяют на расстоянии автоматически обнаружить нарушения нормального хода различных производственных процессов и останавливать в этих случаях процессы. При нарушениях нормального хода процесса может измениться световой поток, попадающий на фотоэлемент, в результате изменяется сила фототока, и изменяется ход всего процесса.

Схема устройства фотоэлемента с запирающим слоем (вентильный фотоэлемент).

Две соприкасающиеся друг с другим пластинки, изготовленные из металла и его окиси (полупроводник) покрыты сверху тонким прозрачным слоем металла. Пограничный слой между металлом и его окисью имеет одностороннюю электропроводность — электроны могут проходить лишь в направлении от окиси металла к металлу. Поток электронов, идущий в этом направлении, создается под действием света без всякого внешнего напряжения. Вентильный фотоэлемент непосредственно превращает энергию световой волны в энергию электрического тока, т.е. является источником тока. На этом принципе основано действие солнечных батарей, которые устанавливаются на космических кораблях.

Заключение

Таким образом, фотоэффект — это явление, связанное с освобождением электронов твердого тела (или жидкости) под действием электромагнитного излучения.

1)внешний фотоэффект — испускание электронов под действием света (фотоэлектронная эмиссия), излучения и др.

2)внутренний фотоэффект — увеличение электропроводности полупроводников или диэлектриков под действием света (фотопроводимость)

3)вентильный фотоэффект — возбуждение светом электродвижущей силы на границе между металлом и полупроводником или между разнородными полупроводниками. Фотоионизацию газов иногда также называют фотоэффектом.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Фотоэлектронные приборы

Фотоэлектронные приборы — это электровакуумные или полупроводниковые приборы, преобразующие энергию электромагнитного излучения в электрические сигналы.

Электромагнитное излучение представляет собой волну с частотой v или длиной X. Также его можно представить в виде потока частиц — фотонов (квантов электромагнитного излучения, в «узком» смысле — света), каждый их которых обладает энергией

где h — постоянная Планка (h = 6,63-10“ 34 Дж).

Видимая область спектра электромагнитного излучения находится в диапазоне волн 0,38—0,78 мкм. Этой области спектра соответствует энергия фотонов от 3,3 до 1,6 эВ.

Принцип действия фотоэлектронных приборов основан на электрических процессах, протекающих в приборах в результате поглощения электромагнитного излучения. Попадая на поверхность твердого тела, фотоны отдают свою энергию электронам вещества. При малой энергии фотонов тело нагревается. Если энергия фотонов превышает некоторое значение, энергия электронов в твердом теле изменяется. Электроны, получившие дополнительную энергию, могут покинуть пределы твердого тела или перейти на более высокие энергетические уровни, например из валентной зоны в зону проводимости. Испускание электронов с поверхности твердого тела под действием падающего на нее электромагнитного излучения, наблюдающееся в первом случае, называется фотоэлектронной эмиссией или внешним фотоэлектрическим эффектом. Внешний фотоэффект подчиняется закону Столетова: фототок / пропорционален световому потоку Ф:

где 5 — чувствительность фотокатода.

При переходе электронов, получивших дополнительную энергию, на более высокие энергетические уровни увеличивается количество подвижных носителей зарядов, а следовательно, и электропроводность тела. Изменение электропроводности вещества при поглощении электромагнитного излучения (видимого, инфракрасного, ультрафиолетового или рентгеновского) называется фотопроводимостью. Образование пар зарядов (электрон-дырка) при поглощении лучистой энергии (энергии излучения электромагнитных колебаний в оптическом диапазоне волн) может изменить также характер процессов вблизи электронно-дырочного перехода: увеличить ток через потенциальный барьер или привести к появлению дополнительной разности потенциалов.

Явление возникновения ЭДС на внешних выводах полупроводникового прибора при воздействии на него электромагнитного излучения называется фотогальваническим эффектом.

2.2.2. Устройство и принцип действия фотоэлементов

Устройство вакуумного фотоэлемента показано на рисунке 2.28, а. В стеклянном баллоне, из которого выкачан воздух, помещены два электрода: катод К и анод А. Катод в виде тонкого светочувствительного слоя нанесен на внутреннюю поверхность баллона. Анод изготовлен в виде кольца, расположенного в центре баллона. Выводы от катода и анода смонтированы на нижнем цоколе.

Рис. 2.28. Устройство (а) и схема (J) включения фотоэлемента

При освещении фотоэлемента в анодной цепи возникает ток, создающий на сопротивлении R_n падение напряжения. При изменении светового потока изменяется величина тока и, следовательно, выходное напряжение І7 .

Устройство газонаполненного фотоэлемента аналогично устройству вакуумного. Разница заключается в том, что стеклянный баллон наполнен нейтральным газом. При освещении катода электроны, летящие от катода к аноду, сталкиваются по пути с атомами газа и выбивают из них новые электроны, которые также летят к аноду. Остатки атомов — положительные ионы — летят к катоду. В результате общее количество электронов, летящих к аноду (фототок), получается большим, чем в вакуумном фотоэлементе.

В полупроводниковом фотоэлементе под действием падающего на него излучения возникает фотоЭДС.

Работа полупроводникового фотоэлемента основана на использовании запирающего слоя между полупроводниками с различными проводимостями (/? и п).

Рис. 2.29. Подключение

резистора к р— «-переходу

Если к освещенному р— «-переходу подключить резистор R_H (рис. 2.29), то по резистору потечет фототок, создаваемый движением через переход неосновных носителей, и на резисторе возникает падение напряжения (плюсом к р-области). Падение напряжения приводит к возникновению через переход прямого тока, направленного навстречу фототоку.

Кроме фотоэлектронной эмиссии в полупроводниках наблюдается внутренний фотоэффект — перераспределение электронов по энергетическим состояниям в твердых и жидких полупроводниках и диэлектриках, происходящее под действием излучений. Изменение энергетического состояния электронов приводит к изменению концентрации носителей зарядов в среде. На использовании явления внутреннего фотоэффекта основана работа фоторезисторов, фотодиода, фототранзистора.

Фоторезистор — двухполюсный полупроводниковый прибор, электрическое сопротивление которого изменяется под действием светового потока.

Фоторезисторы используются для формирования электрических сигналов под действием электромагнитного излучения.

Устройство фоторезистора показано на рисунке 2.30, а. Пленка 2 из полупроводникового материала (сульфид свинца, соединения сернистого кадмия, висмут и т. д.) закреплена на диэлектрической подложке 3. Подложку изготавливают из стекла, кварца или керамики. Световой поток Ф попадает на полупроводник через специальное отверстие в пластмассовом корпусе. Электроды 1 обеспечивают хороший контакт с полупроводником. Они изготавливаются из благородных металлов — золота, платины, и поэтому не подвержены коррозии. Поверхность полупроводника покрывают защитным слоем прозрачного лака. На рисунке 2.30, б приведена схема включения фоторезистора. При отсутствии светового потока по цепи проходит так называемый темновой ток, обусловленный собственной проводимостью полупроводника, значение которого весьма мало и зависит от величины темнового сопротивления. Темновое сопротивление может принимать значения в диапазоне 10 2 —10 10 Ом. Наибольшим темновым сопротивлением обладают фоторезисторы, выполненные из сернистого кадмия.

Рис. 2.30. Устройство (а) и схема (0 включения фоторезистора

При освещении фоторезистора в нем возникают дополнительные свободные электрические заряды — электроны и дырки, в результате чего ток в цепи возрастает. Разность между световым /_св током и темновым / токами называется фототоком-.

Ц = 4 — 4

Значение фототока / зависит от величины лучистого потока Ф и его спектрального состава. Зависимость /_ф = /(Ф) называется энергетической характеристикой фоторезистора. Она носит нелинейный характер, что является одним из недостатков фоторезисторов.

Важным параметром фоторезисторов является пороговый световой поток Ф_п — минимальный поток излучения, который вызывает появление в цепи фоторезистора электрического напряжения, превышающего в 2—3 раза шумовое напряжение.

Существенным недостатком фоторезисторов является их большая инерционность, обусловленная значительным временем генерации и рекомбинации электронов и дырок при изменении освещенности фоторезистора.

Фоторезисторы широко применяются в автоматике, вычислительной технике и промышленной электронике. В частности, фоторезисторы используют для сортировки изделий по их окраске, размерам или каким-нибудь другим признакам. Внешний вид некоторых типов фоторезисторов представлен на рисунке 2.31.

Рис. 2.31. Внешний вид фоторезисторов

Фотодиод представляет собой полупроводниковый диод, обратный ток которого зависит от освещенности р— «-перехода.

Фотодиоды могут работать в двух режимах: в режиме фотогенератора (фотоэлемента) без внешнего источника питания и в режиме фотопреобразователя с внешним источником.

Рис. 2.32. Устройство фотодиода

Режим фотогенератора основан на использовании фотогальванического эффекта, поэтому при освещении неоднородного полупроводника на его зажимах образуется разность потенциалов.

Фотодиоды образованы двумя примесными полупроводниками с различными типами электропроводности. Конструктивно фотодиоды выполнены таким образом, что световой поток падает на плоскость р—«-перехода под прямым углом (рис. 2.32).

При отсутствии светового потока в области ^—«-перехода существует контактная разность потенциалов, образующая потенциальный барьер с напряжением U. Условием возникновения потенциального барьера является взаимная диффузия электронов в p-область и дырок в «-область.

При освещении р—«-перехода фотоны, попавшие на полупроводники, образуют пары свободных зарядов электрон-дырка. В результате в областях р- и «-типов увеличивается концентрация свободных электронов и дырок соответственно.

Под действием электрического поля, обусловленного контактной разностью потенциалов U_K, неосновные носители р-области — электроны — переходят в «-область, а неосновные носители «-области — дырки — в p-область. В результате этого процесса в «-области возникает избыток электронов, а в р-области — избыток дырок. Таким образом, на зажимах фотодиода возникает фотоЭДС Е_ф, равная контактной разности потенциалов и имеющая значение около 1 В.

При замыкании освещенного фотодиода на внешнюю нагрузку R_H (рис. 2.33) в цепи возникает ток I, обусловленный движением неосновных носителей зарядов. Следовательно, в данной схеме происходит преобразование лучистой энергии в электрическую.

Фотодиоды, работающие в генераторном режиме, широко используются в качестве источников, преобразующих солнечную энергию. Такие источники именуют фотоэлементами, или солнечными элементами. Из них строят солнечные батареи, которые используют на космических объектах в качестве электростанций. Фотоэлементы отличаются от фотодиодов только конструктивными особенностями.

Фотодиоды и фотоэлементы изготовляют из германия, кремния, селена, сернистого серебра, арсенида индия и т. д.

В режиме фотопреобразователя в цепь последовательно с нагрузкой включают источник напряжения в запирающем направлении (рис. 2.34).

Рис. 2.33. Схема включения фотодиода в генераторном режиме

Рис. 2.34. Схема включения фотодиода в преобразовательном режиме

Когда фотодиод не освещен, в цепи проходит темновой ток. При освещении фотодиода происходит генерация электронов и дырок. Под действием электрического поля источника Е неосновные носители слоев р- и л-типа полупроводника создают в цепи ток, значение которого практически определяется только световым потоком Ф и приблизительно равно току короткого замыкания в генераторном режиме.

Фотодиоды широко применяются в промышленности: в вычислительной технике, регистрирующих и измерительных приборах, фотометрии, киноаппаратуре, системах автоматизации производственных процессов и т. д.

Внешний вид некоторых типов фотодиодов представлен на рисунке 2.35.

Рис. 2.35. Внешний вид фотодиодов

Фототранзистор — полупроводниковый прибор с двумя ^—«-переходами, ток которого увеличивается за счет подвижных носителей заряда, образующихся при облучении прибора светом.

По своей конструкции фототранзистор отличается от обычного транзистора только прозрачным окном в корпусе (рис. 2.36, а), через которое световой поток падает на пластину полупроводника, являющуюся базой фототранзистора (рис. 2.36, б).

Рис. 2.36. Внешний вид (а) и устройство (б) фототранзистора:

1 — база; 2 — эмиттер; 3 — коллектор

В центре базы расположен коллекторный переход, созданный путем наплавления. Возможны и другие варианты расположения кольцеобразный коллектор на освещаемой

электродов, например поверхности базы.

Рис. 2.37. Схема фототранзистора

Схема включения фототранзистора приведена на рисунке 2.37. Фототранзистор включен по схеме с общим эмиттером и отключенной базой. Эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный — в обратном. При этом фототранзистор находится в активном режиме, но ток через него при отсутствии я светового потока имеет очень малые зна

чения, так как при отсутствующем выводе базы заряд дырок, инжектированных из эмиттера, не компенсируется полностью электронами базы. Некомпенсированный объемный заряд дырок поддерживает уровень потенциального барьера на эмиттерном переходе, и в цепи коллектора фототранзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, протекает темновой ток.

При освещении фототранзистора в результате собственного поглощения в базе возникают электронно-дырочные пары. В случае р—п—р-транзистора дырки, являющиеся неосновными носителями, диффундируют к коллекторному переходу и выбрасываются в коллектор, увеличивая фототок / проходящий по нагрузке Л_п. Образовавшиеся электроны — основные носители базовой области — не могут покинуть базу, так как базовый вывод отключен. Концентрируясь в базе, электроны увеличивают отрицательный объемный заряд, в том числе и у эмиттерного перехода. Это приводит к снижению потенциального барьера и развитию диффузионного потока дырок из эмиттера в базу. Дырки, диффундируя в толще базы, подходят к коллекторному переходу и выбрасываются полем этого перехода в коллектор. В результате происходит увеличение тока в коллекторной цепи. Таким образом, процессы, протекающие в фототранзисторе, аналогичны процессам в обычном биполярном транзисторе.

Фототранзисторы широко применяются в различных областях: фототелеграфии, фототелефонной связи, вычислительной технике, регистрации видимого, инфракрасного и ультрафиолетового излучения.

Фототиристор — четырехслойный полупроводниковый прибор, управляемый световым потоком.

Как и в обычном тиристоре, в фототиристоре световой поток влияет на напряжение прямого включения. При попадании на одну из баз в ней происходит фотоионизация, и в результате образуются дополнительные носители заряда, которые и способствуют открыванию фототиристора. Чем больше световой поток, тем меньшее значение напряжения прямого включения требуется для открывания фототиристора.

Основным достоинством фототиристора является отсутствие электрической связи между цепью управления и коммутируемой цепью.

Фототиристоры широко применяются в системах автоматики и управления для включения электрических цепей по световому сигналу.

Солнечные фотоэлементы (рис. 2.38) работают следующим образом.

Рис. 2.38. Устройство солнечного фотоэлемента:

• 1 — свет; 2 — ток; 3 — внутренний электрод; 4 — Р-кремний (В-);
• 5 — N-кремний (Р+); 6— антибликовое покрытие; 7

Виды фотоэффекта и приборы на его основе

Фотоэффект — любые изменения, которые происходят с веществом при поглощении им электромагнитного излучения. Это могут быть: изменения строения и свойств молекул и кристаллов (фотохимический эффект), увеличение скорости химических реакций (фотокаталитический эффект), изменение характеристик движения носителей электрического заряда в веществе (фотоэлектрический эффект) и др. Выделяют два основных вида фотоэффектов: внутренний, внешний и вентильный. Внешний фотоэффект – испускание электронов с поверхности металлов под действием света. Внутренний фотоэффект – изменение концентрации носителей тока в веществе и как следствие изменение электропроводности данного вещества под действием света. Вентильный фотоэффект – возникновение ЭДС под действием света в системе, содержащей контакт двух различных полупроводников. Применение внешнего фотоэффекта? 1. Кино: воспроизведение звука. 2. Фототелеграф, фототелефон. 3. Фотометрия: для измерения силы света, яркости, освещенности. 4. Управление производственными процессами. Применение внутреннего фотоэффекта? Фоторезистор – устройство, сопротивление которого зависит от освещенности. Используются при автоматическом управлении электрическими цепями с помощью световых сигналов и в цепях переменного тока. Использование вентильного фотоэффекта. Используется в солнечных батареях, которые имеют КПД 12 -16% и применяются в искусственных спутниках Земли, при получении энергии в пустыне. Принцип действия солнечной батареи: при поглощении кванта энергии полупроводником освобождается пара дополнительных носителей (электрон и дырка), которые движутся в разных направлениях: дырка – в сторону полупроводника р-типа, а электрон в сторону полупроводников n–типа. В результате образуется в полупроводнике n–типа избыток свободных электронов, а полупроводнике р-типа- избыток дырок. Возникает разность потенциалов. Приборы, в основе принципа действия которых лежит явление фотоэффекта, называют фотоэлементами. Простейшим таким прибором является вакуумный фотоэлемент. Недостатками такого фотоэлемента являются: слабый ток, малая чувствительность к длинноволновому излучению, сложность в изготовлении, невозможность использования в цепях переменного тока. Применяется в фотометрии для измерения силы света, яркости, освещенности, в кино для воспроизведения звука, в фототелеграфах и фототелефонах, в управлении производственными процессами. Существуют полупроводниковые фотоэлементы, в которых под действием света происходит изменение концентрации носителей тока. Они используются при автоматическом управлении электрическими цепями (например, в турникетах метро), в цепях переменного тока, в качестве не возобновляемых источников тока в часах, микрокалькуляторах, проходят испытания первые солнечные автомобили, используются в солнечных батареях на искусственных спутниках Земли, межпланетных и орбитальных автоматических станциях. С явлением фотоэффекта связаны фотохимические процессы, протекающие под действием света в фотографических материалах. На основе явления фотоэффекта были созданы особые приборы, в которых энергия света управляет энергией электрического тока или преобразуется в нее. Применение фотоэлектронных приборов позволило создать телевидение, станки, позволяющие без участия человека изготовлять детали по чертежам, контролировать размеры изделий, включать и выключать уличное освещение и маяки.

Похожие публикации:

1. Как взаимодействуют наэлектризованные тела притягиваются или отталкиваются
2. Iec 61008 1 что это
3. Абонентский учет конструкторской документации что это
4. Вольт и ватт в чем разница для тупых

3.1. Классификация фотоэлектрических приборов

Фотоэлектрическими приборами называют электронные приборы, в которых осуществляется преобразование светового излучения в элек­трический ток.

По виду рабочей среды фотоэлектрические приборы подразделяют не электровакуумные (электронные и ионные) и полупроводниковые. По виду фотоэлектрического эффекта, лежащего в основе действия прибора, различают фотоэлектрические приборы:

· с внешним фотоэффектом (электрон­ные и ионные фотоэлементы, фотоумножители);

· с внутренним фотоэффектом в одно­родных структурах (фоторезисторы);

· с внутренним фотоэффектом в р-п-структурах (полупроводниковые фотоэлементы, фотодиоды, фототран­зисторы).

По функциональному назначению фотоэлектрические приборы под­разделяют на три группы:

1) фотоприемники – преобразователи светового сигнала в элект­рический, применяемые в факсимильной аппаратуре связи, аппарату­ре звукового кино, устройствах считывания информации вычислитель­ной техники и в ряде других областей; особую группу фотоприемников образуют телевизионные передающие трубки, преобразующие световое изображение в телевизионный электрический сигнал (ввиду большой специфики они рассматриваются в специальных курсах;

2) фотодатчики – преобразователи измеряемых величин в элект­рический сигнал: датчики освещенности, применяемые в фотометрии, датчики координат, давления, деформаций, используемые в автомати­ке и телеметрии, и т.д.;

3) фотоэлектрические преобразователи световой энергии в элект­рическую, применяемые в источниках питания электронной аппара­туры.

Каждая из функциональных групп фотоэлектрических приборов характеризуется специфичной системой параметров:

· так, для фото­приемников важны:

— значение выходного тока, приходящееся на еди­ницу воздействующего на прибор светового потока (спектральная и монохроматическая чувствительность);

— зависимость монохроматиче­ской чувствительности от длины волны излучения (спектральная ха­рактеристика);

— минимальный световой поток, который может быть за­регистрирован прибором (пороговый поток излучения);

— импульсные и частотные характеристики и т.д.;

· для фотоэлектрических преобразова­телей энергии существенными являются:

— коэффициент полезного дейст­вия;

— ток и напряжение на выходе прибора;

· для фотодатчиков важны:

— стабильность зависимости меж­ду воздействием и откликом;

— хорошие динамические свойства;

— слабая зависимость их от факторов окружающей среды.

При изучении фотоэлектрических приборов сгруппируем их для удобства по виду рабочей среды. Функциональные параметры и харак­теристики будем рассматривать, исходя из основного назначения дан­ного типа прибора.

Похожие публикации:

1. 16 квадратов это сколько
2. Как вставить ссылку на ватсап в вк
3. Как выделить все сообщения в ватсапе
4. Ноутбук асус тормозит что делать виндовс 10