Fotocellák és fotocellák
§157. FÉNYKÉPEK ÉS FOTORELECTRICS
A fotocella egy olyan eszköz, amelyben az optikai tartomány sugárzási energiájának hatása megváltoztatja az elektromos tulajdonságait.
A fotocellák három típusba vannak sorolva: 1) külső fotóhatással, 2) belső fotóelektromos hatással, 3) blokkoló réteggel.
A külső fényelektromos hatással rendelkező fénysorompók esetében a fény hatása az elektron fototódusának felszíni rétegéből való kilépését a külső térbe vákuumba vagy rendkívül ritka gázba juttatja.
Az ilyen fénysorompó eszközének ábrája a 3. ábrán látható. 222, a. Az 1 izzólámpa belső falán, ahonnan a levegő evakuálódik, egyik oldalán a 2 fotokatódszert alkalmazzák, antimon-cézium fotokataláták széles körben alkalmazzák. A vákuum fotocella izzójának közepén a 3 fém anódot kis gyűrű vagy lemez formájában erősítik meg. Az izzó 4 műanyag aljzattal van ellátva. A kupak alján 5 érintkezőcsapok csatlakoznak, amelyekhez a csatlakozóvezetékek a fotokathodából és az anódból vannak csatlakoztatva. Ezekkel a tűkkel a fénysorompót behelyezzük a fénysorompó panelbe.
A fotocella anódjához és katódjához való csatlakoztatásához csatlakoztassa az elektromos energiaforrást - az akkumulátort.
Az anód a pozitív terminálhoz csatlakozik, és a fotokód - az elektromos energia forrásának negatív végéhez.
A fotoelektromos cella elektródáira alkalmazott feszültség hatására egy elektromos tér alakul ki belsejében, és a megvilágított fotokatód felszínéről kibocsátott elektronok a pozitív töltésű anódra irányulnak. Ezek az elektronok létrehozzák a láncot
az áramkörben elért fényáram (μm vagy gonosz) nagyságrendű aránya a fénykátonán lévö egységek fénysugáránként (lumen).
A fénysorompók érzékenységének növeléséhez néha kis mennyiségű gázt, gyakran argont vezetnek be az izzóba. Az ilyen fénysorompók gázzal töltöttek. A különböző típusú fotocellák érzékenysége 20 és 150 μA / lm között változik.
A fotocellák gyakorlati felhasználásához fontos jellemzője az áramfeszültség jellemzője (222, b ábra). Azt fejezi ki, hogy a fényáram a függőleges feszültség nagyságától függ a fénysorompó termináljától a fotokathodát megvilágító fényáram folyamatos nagyságával.
A vákuumos fénysorompók belső ellenállását több száz mega számítja ki, és gázzal töltött több tucat mega. A fotoreaktorok (PS) vagy a fotorezisztorok nevezett fotoreagensek fotoelektromos eszközeinek ábrázolása a 3. ábrán látható. 223, a.
Photoresistor egy üveglap bevonva vékony réteg félvezető anyag (ólom-szulfid, bizmut-szulfid, kadmium-szulfid), amelyre vannak elrendezve a vezetőképes elektródák.
A belső fotófény lényege a következőhöz képest csökken. Ismeretes, hogy az elektromos vezetőképesség összefügg az adott anyag töltőhordozóinak mennyiségével. A félvezetőkben az elektromos töltések hordozóinak száma nőhet a külső energiafelvétel miatt, különösen a fényenergia hatása alatt.
Az elektromos töltések hordozóinak számának növekedése az anyagban megnövekszik, és képes áramot vezetni.
Ennek eredményeképpen a megvilágított anyag elektromos ellenállása csökken.
A megkülönböztető jegye fotoellenállások fotoelemen-nek a külső PhotoEffect, hogy a külső PhotoEffect elektronok a korlátokat a megvilágított anyag, és egy belső fotoelektromos hatás, ezek továbbra is az anyagon belül, ezzel is növelve a számos elektromos hordozók hajnali ing.
A félvezetők vezetőképességének változása a fény hatására nagyon nagy lehet. Bizonyos anyagoknál a sötétségtől az intenzív megvilágításig való átmenet során az ellenállás tízszeresére csökken, és a fényérzékeny áramerősség áramának nagysága ennek megfelelően változik (223, b ábra).
Az ellenállás változásának nagyságát, amelyet a fényáramlás hatása okoz a fotorezisztencián,
ahol # 916; r - változás az FS, ohm,
Rt. - FS ellenállás a sötétben, ohmban,
Egy szám, amely azt mutatja, hányszor rm nagyobb, mint az rc. az FS rezisztencia változásának sokfélesége.
Az érték 1,0-től 500-ig terjedhet. Az érzékenységüket μA-ban 1 V feszültségen, 500-3000 μA / LM-V-ben becsülik, ezért meghaladja a külső fotoelektromos hatású fotódelemek érzékenységét. Ezért számos eszközön a fényelektromos hatású fotocellákat most felváltják a fotorezisztorok.
Hátránya fotoellenállások az, hogy amikor megvilágítás fotoáram nem azonnal éri el végleges értékét, és a késleltetés (lag fénysorompó), ugyanez vonatkozik a nemlineáris függése a fotoáram intenzitása, azaz. E. fotoáram vozra-megszűnik lassabb, mint az erő fény, megvilágítva a fénysorompót. Ezenkívül a fényáram a közeg hőmérsékletétől függ (1-3% / 10 ° C). Ez utóbbi körülmény bonyolítja a fotorezisztensek alkalmazását a külső tápközeg hőmérsékletének nagy változásaira.
A rögzítő rétegben lévő fotoelektromos hatású fotocellák egyikének eszköze, amelyet a kapu fotocelláknak nevezünk, az 1. ábrán látható. 224. Az acél alapon
egy olyan szelénréteg helyezkedik el, amelyre a legszebb (ezredmásodperc) áttetsző aranyfilmeket helyeznek el. A félvezető és a fém között elektronnyílású pn csomópont jön létre a fénysorompó feldolgozása során.
A szigetelőanyagból készült fénysorompó ház két rögzítővel rendelkezik.
Amikor a fotocellák fényérzékeny felületén fénysugarak esnek, egy félvezető fémfilmen áthatolnak egy félvezető szelénbe, felszabadítják az elektront; az utóbbi a p-n-csomóponton keresztül egy fémfilmbe behatol, és negatív töltéssel tölti fel. Ebben az esetben a referenciaelektród pozitív töltésű az elektronok elhagyása miatt. Az elem áramkörében keletkező potenciális különbség hatására fotokémiai áram keletkezik.
A szelén fotocellák nagy érzékenységgel rendelkeznek (akár 500-600 mka / lm).
A szelén mellett tallium-szulfidot, réz-oxidot, kénes ezüstöt, germániumot és szilíciumot használnak szelepes fotocellák készítéséhez. Az ilyen fénysorompók fontos megkülönböztetése az a lehetőség, hogy jelentős fényáramot nyerjenek a felületük megvilágítása nélkül anélkül, hogy az áramot bekerülnének az áramkörbe.
a fénykátét megvilágítása, a felszínén az anód és a fototóda között létrehozott elektromos mező hatására kibocsátott elsődleges elektronok nagy sebességgel a pozitív töltésű anódra hajlamosak. Mivel az anód rács formájában készül, a legtöbb elektron repül át rajta, és erőteljesen sztrájkolja az emitter felületét. Minden elektron,
az emitternek adva, több elektron kiütötte a felszínét. Az emitter bomlása következtében számos másodlagos elektron keletkezik a felszínéről, amelynek száma 7-10-szer nagyobb, mint az emitternek kitett primer elektronok száma.
Mivel az anód viszonylag IME-poten-tial emitter U = 50, és egy helyen közeli feleségek hozzá, minden elektronok elérje az anód és az anód áramkör lép fel, a hüvelykujj-lebontó 7-10-szer photocurrent képződött elsődleges a fotokódon kibocsátott elektronok. A szekunder elektronok generált áramát elektromos vagy mágneses mező befolyásolhatja, és több (legfeljebb 20) kibocsátóhoz sorozathoz igazítható. Ebben az esetben még nagyobb, többszörösen amplifikált elektronáramot kapunk (erősítés 108-ig). Ezt a módot a fényáram erősítésére a multiplikációnak nevezik. Emiatt a készülékeken alapuló eszközök a
ezt a folyamatot fotomultiplikátornak nevezik.
Az 1. ábrán. 225, b. Ábra egy négyfázisú fotomultiplikátor szerkezetét mutatja. Az A lencse által közvetített fénysugár az FK1 fotokathodára koncentrálódik.
Az ebből a katódból származó primer elektronok áramlása eléri a K2 katódot (az első amplifikációs fázist), amely fokozza a másodlagos elektronok áramlását. Ezt az áramlást egymás után erősítik a K3 és K4 katódok kaszkádán, és a fotomultiplikátoron keresztül táplált elektromos áramkörhöz kapcsolt fotomultiplikátor anódjára esik.
A kimeneti áram a fotomultiplikáló viszonylag kicsi, nem a fájdalom-lány több tíz mA, mint egy fénykép célú umnozhitelya- nem megszerezni a magas kimeneti áram, és a munka rendkívül kicsi fényáram.
A fotocellákat széles körben használják a fotocellákban. Jellemzően egy fényképes relé egy fotocella és egy elektromágneses relé kombinációja (226. Ábra).
A "bemenet" terminálhoz a fénysugár csatlakozik a 127-220 v váltóáramú áramforráshoz. Az "Exit" terminálokhoz egy objektum (terhelés) van csatlakoztatva, amelyet egy fáklya relé vezérel.
Amikor a fényvisszaverődés homályos, az áramkör áramerőssége nagyon kicsi ahhoz képest, hogy a sötétben a fotorezisztor nagy ellenállást (107-108 ohmot) képvisel.
Az elektromágneses relé nyitott érintkezői miatt az ellenőrzött tárgyon az áram sem áramlik - kikapcsolva.
Nagyon gyakran a fényáramok számának növekedése egy csőerősítővel történik. Ebben az esetben a fotocella egy fotóelemből, egy erősítőből és egy elektromágneses reléből áll. Az ilyen fényelektromos relé áramköre az 1. ábrán látható. 227.
Egy 2 elektromágneses relé van csatlakoztatva az 1 erősítő lámpa anód áramköréhez, amelyhez a relé által vezérelt tárgy csatlakoztatva van. A 3 fénysorompó az egyik végén a lámpa rácsához van csatlakoztatva, a másik pedig az akkumulátorhoz 4.
Ha a fénysorompó R ellenállással világít, akkor feszültségesés keletkezik, és negatív feszültséget tartanak fenn a lámpa hálószal szemben. Ebben az esetben a lámpa védett, nincs áram az anódkörben.
Amikor a fénysorompó világítása megáll, egy áram folyik keresztül a lámpán az anódkörben, és a relé kiold, zárja az objektum áramkört az érintkezőivel.
Az 1. ábrán. A 228 ábra a fotoelektromos automata gép diagramja, amely automatikusan leállítja a forgó (nyomtatási) gépet, amikor a papír szakadt. Az automata működését három fotorezisztor vezérli. Az automata áramkör tartalmaz: egy primer elektromágneses relé Ri-kisülések szekunder relé P1 típusú ISU-48 érintkezőkkel skayuschimi terhelés-dopa 1000 va, és három megvilágítás lámpa.
Amikor a papír megtörik, a fény egy vagy több fotórezisztenciára esik. Ebben az esetben elegendő áram áramlik át az elsődleges P1 relé és érintkezői között. Ennek eredményeképpen a P2 másodlagos relé működik. amely megnyitja a busz motorjának láncát. A készülék automatikusan leáll.
1. Mi a germánium atomok szerkezete?
2. Mi a különbség a félvezetők és a lyukvezetés elektromos vezetőképessége között?
3. Milyen állapotban áramlik a félvezető dióda elektromos áram?
4. Hogyan van elrendezve a szelénszelep?
5. Mi a különbség a korrigált feszültség és a szűrő között félhullámú helyesbítéssel?
6. Hány pn-csomópont van félvezető triódával?
7. Nevezze meg és jelenítse meg a tranzisztor bekapcsolásának három fő áramköreit.
8. Hogyan működik és működik egy fotocella külső optikai hatással?
9. Mi a fotomultiplikátor?
10. Milyen elemei vannak a fotoelektromos relének?