§ 157. FOTOGRAFII ȘI FOTORELECTRICI
O celulă fotoelectrică este un dispozitiv în care acțiunea energiei radiației din gama optică determină o schimbare a proprietăților sale electrice.
Celulele foto sunt împărțite în trei tipuri: 1) cu un efect foto extern, 2) cu efect fotoelectric intern, 3) cu un strat de blocare.
Într-o fotocelulă cu un efect fotoelectric extern, acțiunea luminii determină ieșirea de la stratul de suprafață al fotocatodului de electroni în spațiul exterior - într-un vid sau într-un gaz extrem de rarefiat.
O diagramă a dispozitivului unei astfel de fotocelule este prezentată în Fig. 222, a. Pe peretele interior al bulbului de sticlă 1, din care este evacuat aerul, se aplică fotocatodul 2 pe o parte. S-a făcut o aplicare largă a fotocatodelor de antimoniu-cesiu. În centrul bulbului fotocelulei de vid, anodul metalic 3 este întărit sub forma unui inel sau a unei plăci mici. Becul este prevăzut cu o priză din plastic 4. La partea inferioară a capacului există știfturi de contact 5 la care sunt conectate firele de conectare de la fotocatod și anod. Folosind aceste pini, fotocelula este introdusă în panoul fotocelular.
Pentru a acționa fotocelula la anod și catod, conectați sursa de energie electrică - bateria.
Anodul este conectat la borna pozitivă, iar fotocatodul - la borna negativă a sursei de energie electrică.
Sub acțiunea tensiunii aplicate la electrozi din celula fotoelectrică, în interiorul acesteia se formează un câmp electric și electronii emise de pe suprafața fotocatodului iluminat sunt îndreptate către anodul încărcat pozitiv. Acești electroni creează în lanț
raportul dintre magnitudinea fluxului fotografic (în μm sau rău) obținut în circuit, pe unitatea de flux luminos (lumeni) care se află pe fotocatod.
Pentru a crește sensibilitatea fotocelulelor, uneori se introduce o cantitate mică de gaz, adesea argon, în becul. Astfel de fotocelule se numesc pline cu gaz. Sensibilitatea fotocelulelor de diferite tipuri variază de la 20 la 150 μA / lm.
Pentru utilizarea practică a fotocelulelor, o caracteristică importantă este caracteristica curentului de tensiune (figura 222, b). Ea exprimă dependența fotocurentului de mărimea tensiunii aplicate la bornele fotocelulei cu magnitudinea constantă a fluxului de lumină care iluminează fotocatodul.
Rezistența internă a fotocelulelor de vid este calculată de sute de megașe și de gaze umplut - de câteva duzini de mega. Schema dispozitivului fotocelulelor cu efect fotoconjunctiv intern denumită rezistoare foto (PS) sau fotorezistoare este prezentată în Fig. 223, a.
Fotorezistul este o placă de sticlă acoperită cu un strat subțire de material semiconductor (sulfură de plumb, sulfură de bismut, sulfură de cadmiu), pe care se află electrozi conducători de curent.
Esența efectului fotoalimentar intern se reduce la următoarele. Se știe că conductivitatea electrică este legată de cantitatea de purtători de sarcină pe care o are un anumit material. În semiconductori, numărul de purtătoare de încărcături electrice poate crește datorită absorbției energiei din exterior, în special sub influența energiei luminoase.
Creșterea numărului de purtătoare de încărcături electrice în material crește, capacitatea sa de a conduce curent electric.
Ca urmare, rezistența electrică a materialului iluminat scade.
O trăsătură distinctivă a fotorezistoare fotoelemen-ing cu PhotoEffect extern, este că, în PhotoEffect extern electroni lăsați limitele materialului iluminat, precum și cu un efect fotoelectric intern, acestea rămân în interiorul materialului, crescând astfel numărul de purtători electrice zori-ing.
Schimbarea conductivității în semiconductori sub influența luminii poate fi foarte mare. În unele materiale, în trecerea de la întuneric la iluminare intensă, rezistența scade de zeci de ori, iar magnitudinea curentului în circuitul de rezistență la foc se modifică în consecință (figura 223, b).
Mărimea schimbării rezistenței, cauzată de acțiunea fluxului de lumină asupra fotorezistenței,
unde R - schimbarea rezistenței FS, ohm,
Rt. - rezistența FS la întuneric, ohm,
Un număr care arată câte ori rm este mai mare decât rc. se numește multiplicitatea modificării rezistenței FS.
Acesta poate avea o valoare de la 1,0 la 500. Sensibilitatea este evaluată în microamperi lor, la o tensiune de la 1 la 500 și 3000 uA / LM-in, astfel, mai sensibile decât foto-elemente cu PhotoEffect extern. Prin urmare, într-un număr de dispozitive, fotocelulele cu efect fotoelectric extern sunt acum înlocuite cu fotorezistoare.
Un fotorezistori dezavantaj este că, atunci când iluminarea fotocurentul nu ajunge imediat valoarea sa finală, și un timp de întârziere (lag fotocelulă), același lucru se aplică dependenței neliniare a intensității fotocurentului, adică. E. fotocurentilor vozra-încetează mai lent decât forța lumina, iluminând fotocelula. În plus, fluxul fotografic depinde de temperatura mediului (1-3% la 10 ° C). Ultima circumstanță complică aplicarea unor rezistențe fotoreactive la schimbări mari ale temperaturii mediului extern.
Dispozitivul uneia dintre celulele fotoelectrice cu efect fotoelectric în stratul de blocare, numit fotocelule de poartă, este prezentat în Fig. 224. Pe baza oțelului
se depune un strat de seleniu pe care se plasează cel mai bun (mii de microni) un film translucid de aur. Între semiconductor și metal se formează o joncțiune pn a găurii de electroni în timpul procesării fotocelulei.
Carcasa fotocelulei, din material izolant, are două cleme.
Când razele de lumină de pe suprafața fotosensibilă a unei fotocelule se prăbușesc, ei penetrează printr-un film semitransparent de metal într-un semiconductor-seleniu, eliberează electroni în el; acestea din urmă penetrează prin joncțiunea p-n într-un film metalic și îl încarcă cu o sarcină negativă. În acest caz, electrodul de referință este încărcat pozitiv din cauza scăpării electronilor. Sub acțiunea diferenței de potențial care rezultă în circuitul elementului, apare o fotocurent.
Fotoculturile de seleniu au o sensibilitate ridicată (până la 500-600 mka / lm).
În plus față de seleniu, sulfura de taliu, oxidul de cupru, argintul sulfuros, germaniul și siliciul sunt folosite pentru a produce fotocelule de supapă. O distincție importantă a acestor fotocelule este posibilitatea de a obține o fotocurentă semnificativă atunci când iluminează suprafața lor fără a include energie electrică în circuit.
iluminarea fotocatodului, electronii primari emise de pe suprafața sa sub acțiunea câmpului electric creat între anod și fotocatod, cu viteză mare, tind să anodul încărcat pozitiv. Deoarece anodul este realizat sub forma unei grile, majoritatea electronilor zboară prin el și lovește cu forța suprafața emițătorului. Fiecare electron,
dând emițătorului, a scos câțiva electroni de pe suprafața sa. Ca rezultat al acestei bombardări a emițătorului, o mulțime de electroni secundari apar din suprafața sa, numărul lor fiind de 7-10 ori mai mare decât numărul de electroni primari care izbucnesc emițătorul.
Deoarece anod este relativ-poten-IME Tial emițător U = 50 și o locație cu aproape soții acestea, toți electronii lovit anod și anod circuitul său de curent are loc, degetele de diminuare a stratului de 7-10 ori fotocurent format primar electronii emise de fotocatod. Fluxul generat de electroni secundari poate fi influențat de un câmp electric sau magnetic și poate fi direcționat în serie la mai mulți (până la 20) emițători. În acest caz, se obține un flux de electroni amplificat multiplicat și amplificat (amplificare până la 10 8). Această metodă de amplificare a fluxului fotografic se numește multiplicare. Din acest motiv, dispozitive bazate pe acțiunea lui
acest proces se numește fotomultiplicatori.
În Fig. 225, b prezintă schema unui fotomultiplicator în patru etape. Razele de lumină prin lentila A sunt focalizate pe fotocatodul FK1.
Fluxul de electroni primari de la acest catod ajunge la catodul K2 (prima etapă de amplificare), care emite un flux crescut de electroni secundari. Acest flux de electroni secvențial Wuxi-Liban la cascadele cu catozii K3 și K4 și este incident pe fotomultiplicatorul anod, care este conectat la un circuit alimentat printr-un fotomultiplicator.
Curentul de ieșire al fotomultiplicatorului este relativ mic, nu o durere-ea cateva zeci de miliamperi, ca o fotografie-scop umnozhitelya- nu obține curenți mari de ieșire, și de a lucra cu flux luminos extrem de mic.
Photocelulele sunt utilizate pe scară largă în fotocelula. În mod tipic, un releu foto este o combinație a unei fotocelule și a unui releu electromagnetic (Figura 226).
La bornele "Input", foto-releul este conectat la sursa de curent electric de curent alternativ 127-220 v. La terminalele "Exit", un obiect (încărcare) este conectat, controlat printr-un releu toro.
Atunci când rezistența fotografică este acoperită, rezistența curentului în circuit este foarte mică datorită faptului că în întuneric fotorezistorul are o rezistență mare (107-108 ohmi).
Datorită contactelor deschise ale releului electromagnetic prin obiectul controlat, curentul nu mai curge - este oprit.
Foarte adesea o creștere a numărului de fotocurante se face printr-un amplificator de tuburi. În acest caz, fotocelula constă dintr-un foto-element, un amplificator și un releu electromagnetic. Circuitul unui astfel de releu fotoelectric este prezentat în Fig. 227.
Un releu electromagnetic 2 este conectat la circuitul anod al lămpii de amplificare 1, la care obiectul controlat de acest releu este atașat la contacte. Celula foto 3 este conectată la un capăt la grilajul lămpii, iar celălalt la bateria 4.
Atunci când fotocelula este iluminată la o rezistență R, se creează o cădere de tensiune și se menține o tensiune negativă pe ochiurile lămpii față de catod. Lampa în acest caz este protejată, nu există curent în circuitul anodic.
Atunci când iluminarea fotocelulei încetează, un curent trece prin lampa din circuitul anodic și releul declanșează, închizând circuitul obiectului cu contactele sale.
În Fig. 228 este o diagramă a mașinii automate fotoelectrice, care oprește automat mașina rotativă (imprimare) atunci când hârtia este ruptă. Funcționarea automatului este controlată de trei fotorezistoare. Circuitul mașinii include: Releul electromagnetic primar Releu secundar Ree P1 de tip MKU-48 cu contacte care permit încărcarea până la 1000 Va și trei lămpi de iluminat.
Când hârtia se rupe, lumina cade pe una sau mai multe rezistențe foto. În acest caz, un curent suficient trece prin releul primar P1 și contactele sale sunt închise. Ca urmare, releul secundar P2 funcționează. care deschide lanțul motorului magistralei. Aparatul se oprește automat.
1. Care este structura atomilor de germaniu?
2. Care este diferența dintre conductivitatea electronică a semiconductorilor și conductivitatea găurilor?
3. În ce condiții trece dioda semiconductorului un curent electric?
4. Cum este aranjată supapa de seleniu?
5. Care este diferența dintre tensiunea rectificată și filtrul cu rectificare jumătate de undă?
6. Câte joncțiuni pn au un triod semiconductor?
7. Denumiți și afișați cele trei circuite principale ale comutării tranzistorului.
8. Cum funcționează și funcționează o fotocelula cu efect fotoelectric extern?
9. Pentru ce este fotomultiplicatorul?
10. La ce elemente se compune releul fotoelectric?