Закрыть

Схема фотоэлемента: Схемы с фотоэлементами | Техника и Программы

Содержание

Схемы с фотоэлементами | Техника и Программы

Светочувствительные фотоэлементы весьма широко исполь­зуются во всех областях электроники для преобразования света в электрические сигналы. Они находят применение в киноаппа­ратуре, промышленных системах контроля, устройствах защи­ты, в системах регулирования уличного освещения. По краю-кинопленки имеются светлые и темные участки, соответствую­щие звуковому сопровождению фильма. Свет, проходящий через эти участки, изменяет свою интенсивность. Эти изменения вос­принимаются фотоэлементом и .преобразуются в электрические звуковые сигналы, которые затем усиливаются и воспроизво­дятся динамиком. В промышленных установках присутствие, отсутствие или изменение светового потока вызывают замыка­ние или размыкание соответствующих реле, которые приводят в действие сервомеханизмы (см. разд. 13.12 — 13.14). В защит­ных устройствах, например в системах охраны или системах защиты машин, прерывание луча света вызывает подачу сигна­ла тревоги или выключает рабочий процесс машины. В домаш­них и уличных системах освещения с наступлением темноты фотоэлемент включает освещение.

Фотоэлементы бывают двух типов: на основе фотоэлектриче­ского и фоторезистивного эффектов. Схема, в которой исполь­зуется фотоэлемент с фотоэлектрическим эффектом, изображена на рис. 13.14, а. Такой фотоэлемент вырабатывает электрическое напряжение, и до тех пор, пока на него падает свет, в замкну­той цепи протекает ток. В фотоэлементе с фоторезистивным эф­фектом (рис. 13.14,6) под действием света изменяется сопро­тивление, а следовательно, и проводимость. Таким образом, для работы схем с фоторезистивным элементом требуется внешний источник напряжения.

Фотоэлементы изготовляют разнообразных типов: в виде ва­куумных или газонаполненных ламп, полупроводниковых дио­дов или транзисторов. Полупроводниковые фотоэлементы, в которых в качестве светочувствительного материала использует­ся селен, работают на принципе фотоэлектрического эффекта. Они имеют высокую чувствительность и находят широкое при­менение в тех случаях, когда частота изменения светового пото­ка не превосходит 2000 Гц. Фототранзисторы обладают также высокой -светочувствительностью, но могут работать при значи­тельно более высоких частотах по сравнению с селеновыми фо­тоэлементами. Основным представителем класса фотопроводящих приборов является фотосопротивление. Фотосопротивления изготовляют из сульфида кадмия; они также имеют очень вы­сокую светочувствительность. Однако область применения этих приборов ограничивается низкими частотами, поэтому их при­меняют главным образом в переключающих (релейных) схемах. (Выпускавшиеся ранее фотоэлементы вакуумного типа имели высокую светочувствительность и хорошие частотные характе­ристики, в то время как рабочая частота газонаполненных фо­тоэлементов не превышала 10 кГц.)

Рис. 13.14. Схемы с фотоэлементами (а — г) и условные обозначения послед­них ж).

В фотоэлектрических релейных схемах для увеличения то­ка, поступающего в обмотку реле, используются транзисторные усилители. На рис. 13.14, в показано реле с нормально разомк­нутыми контактами, хотя в случае необходимости могут исполь­зоваться реле и с нормально замкнутыми контактами. Напря­жение, снимаемое с фотоэлемента, в соответствующей поляр­ности прикладывается к транзистору р — n — р-типа и создает на его базе прямое смещение. При увеличении интенсивности света, падающего на фотоэлемент, с последнего будет снимать­ся более высокое напряжение и будет протекать больший ток через транзистор. При достаточной величине тока через тран­зистор реле замыкается, а когда интенсивность света уменьшит­ся ниже заданного уровня, реле размыкается.

На рис. 13.14,г показана схема, приводящая в действие ре­ле при помощи фоторезистивного элемента. В этой схеме све­точувствительный резистор, или фоторезистор, включен после­довательно с источником прямого смещения в цепь базы тран­зистора. Как показано на рисунке, на эмиттере транзистора создается положительный потенциал от источника, а его отрица­тельный полюс приложен к базе через фоторезистор. При не­большом световом потоке, падающем на фоторезистор, сопро­тивление последнего будет большим, и создаваемое смещение базы транзистора недостаточно для его отпирания. При увели­чении интенсивности светового потока проводимость фотоэле­мента возрастает, увеличивается прямое смещение базы тран­зистора и возникающий ток транзистора включает реле. По мере увеличения проводимости фоторезистора увеличивается ток между базой и эмиттером и транзистор усиливает это измене­ние тока. Бели чувствительность реле низкая (для его переклю­чения требуется большая величина тока), используется допол­нительный каскад усиления.

На рис. 13.14,

д показано условное обозначение светодиода. Такие приборы применяются для индикации включения элект­ронных устройств или определенного режима их работы. Свето-диоды излучают свет, когда между анодом (А) и катодом (К) приложено напряжение ~5 В.

Условное обозначение фотодиода показано на рис. 13.14, е. Такие приборы вырабатывают напряжение на выходных зажи­мах при воздействии на них световой энергии. На рис. 13.14, ж показано условное обозначение фототранзистора.

Therapy – Videos купить, смотреть фильм, кино, скачать, бесплатно

Фотоэлементы фотосопротивления — Знаешь как

Фотоэлементы фотосопротивленияВ конце прошлого века А. Г. Столетов исследовал явление фотоэффекта, установил его основные закономерности и создал первый фотоэлемент.

Фотоэлементом называется прибор, предназначенный для преобразования световой энергии в электрическую.

Различают внешний и внутренний фотоэффект.

Внешний фотоэффект заключается в том, что световой лоток, проникая в вещество, отдает ему свою энергию. В результате у части электронов энергия возрастает и становится достаточной для совершения работы выхода, таким образом будет иметь место выход электронов с поверхностного слоя вещества, т. е. фотоэлектронная эмиссия.

Внешний фотоэффект используется в вакуумных и газонаполненных фотоэлементах и фотоэлектронных умножителях.

Рис. 13-65. Фотоэлемент с внешним фотоэффектом.

Внутренний фотоэффект заключается в том, что энергия светового потока, полученная веществом, увеличивая энергию отдельных электронов, вызывает ионизацию части атомов и образование новых носителей зарядов (свободных электронов и дырок), вследствие чего или возникает внутренняя э. д. с, или возрастает проводимость вещества.

Внутренний фотоэффект используется в фотоэлементах с запирающим слоем или вентильных и в фотосопротивлениях.

Схема включения фотоэлемента с внешним фотоэффектом

Вакуумный кислородно-цезиевый фотоэлемент (рис. l3-65) состоит из стеклянной колбы, в которой создан вакуум. Внутренняя поверхность ее, за исключением «окна» для

 прохождения света в колбу, покрывается слоем серебра (подложка), на который наносится слой окиси цезия. Слой серебра и покрывающий его полупроводниковый слой являются катодом фотоэлемента. Анодом служит металлическое кольцо, расположенное в центре колбы.

Рис. 13-66. Схема включения фотоэлемента с внешним фотоэффектом.

Кроме рассмотренного вакуумного фотоэлемента изготовляются еще сурьмяно-цезиевые вакуумные фотоэлементы, у которых подложка выполнена из сурьмы, на которой и наносится полупроводниковый слой.

Газонаполненные фотоэлементы изготовляются только кислородно-цезиевыми. Они отличаются от вакуумных только тем, что колба после создания в ней вакуума заполняется обычно аргоном при низком давлении.

Вольт-амперная характеристика вакуумного фото элемента

Рис. 13-67. Вольт-амперная характеристика вакуумного фото элемента.

При включении источника питания (рис. 13-66) между анодом и катодом фотоэлемента создается электрическое поле. Если через окно фотоэлемента на его катод будет падать световой поток, то эмиттированные электроны под действием поля будут перемещаться от катода к аноду и в цепи установится фототок, который будет продолжаться в течение всего времени освещения катода.

Величина фототока зависит от светового потока, напряжения источника питания и сопротивления нагрузки. Вольт-амперная характеристика вакуумного фотоэлемента (рис. 13-67) показывает, что при постоянном световом потоке при увеличении напряжения фототок сначала растет, а затем остается почти неизменным.

Световая характеристика вакуумного фотоэлемента

Рис. 13-68. Световая характеристика вакуумного фотоэлемента.

Световая характеристика вакуумного фотоэлемента (рис. 13-68), дающая зависимость фототока от светового потока, показывает, что число эмиттированных электронов, а следовательно, и фототок пропорциональны световому потоку, падающему на катод фотоэлемента.

Отношение фототока выраженного в микроамперах, к световому потоку, выраженному в люменах (лм)1

,носит название чувствительности фотоэлемента. Для вакуумных фотоэлементов она имеет значение 20 ÷100 мка/лм.

Газонаполненные фотоэлементы вследствие ионизации газа между электродами имеют чувствительность в 4—5 раз большую по сравнению с вакуумными фотоэлементами. Газонаполненные элементы обладают заметной инерцией.

Схема фотоэлектронного умножителя

Рис. 13-69. Схема фотоэлектронного умножителя.

Фотоэлектронный умножитель — это фотоэлемент с внешним фотоэффектом, фототок которого усиливается за счет вторичной электронной эмиссии.

В стеклянном баллоне (рис. 13-69), кроме катода К и анода А, расположен ряд вторичных катодов-эмиттеров К1, К2 и т. д., поверхность которых покрыта эмиссионным составом. Каждый следующий друг за другом катод имеет потенциал примерно на 100 в выше предыдущего. Каждый вторичный катод излучает большее число электронов, чем число первичных, его бомбардирующих. Отношение числа вторичных электронов к числу первичных называется коэффициентом вторичной эмиссии а, имеющим значение 3—4. Таким образом, выходной ток фотоумножителя с 

п вторичными катодами будет σn.

Внешний вид фотоэлемента с запирающим слоем

Рис. 13-70. Внешний вид фотоэлемента с запирающим слоем.

Чувствительность фотоумножителя достигает 1 а/лм.

К недостаткам фотоэлектронного умножителя относятся старение — понижение чувствительности с течением времени и необходимость применять высокое напряжение.

Фотоумножитель дает возможность в ряде случаев обойтись без применения усилителей.

Работа фотоэлемента с запирающим слоем или вентильного основана на использовании запирающего слоя между полупроводниками с проводимостью рис проводимостью п.

При освещении фотоэлемента происходит увеличение энергии отдельных электронов за счет получения ее от светового потока. Это вызывает ионизацию части атомов и образование новых носителей зарядов: электронов и дырок. Под действием электрического поля перехода 

؏(пер) образующиеся электроны уходят в слой n, дырки — в слой р. Это приводит к избытку дырок в слое р и электронов в слое п. Возникающая разность потенциалов (э.д.с.) межу, слоями р и п вызывает ток I во внешней цепи от слоя р rк слою п. Величина этого тока пропорциональна количеству электронов и дырок и, следовательно, световому потоку.

Схема фотоэлемента с запирающим слоем

Рис. 13-71. Схема фотоэлемента с запирающим слоем.

Внешний вид и схема устройства фотоэлемента с запирающим слоем показана на рис. 13-70 и 13-71.

На тонком стальном или алюминиевом диске нанесен слой полупроводника с р проводимостью, например селен, сверху накладывается тонкий полупрозрачный слой полупроводника с п проводимостью или полупрозрачный слой металла, например серебро. Поверх накладывается защитная прозрачная пленка. Запирающий слой возникает в слое полупроводника, прилегающем к полупрозрачному слою.

В качестве полупроводников применяются: селен, закись меди, сернистый таллий, сернистое серебро, кремний и др.

Кремниевый фотоэлемент состоит из пластины кремния с примесью, имеющей п проводимость. На поверхность пластины путем диффузии в вакууме вводят примесь бора, образуя область толщиной порядка 2 мк с р проводимостью.

Батареи кремниевых элементов носят название солнечных батарей и применяются для непосредственного преобразования солнечной энергии в электрическую, имея к. п. д. около 10%. Они, в частности, применяются на искусственных спутниках земли для питания радиостанции.

Фотоэлементы с запирающим слоем имеют высокую чувствительность (до 10 ма/лм). Преимущество их перед другими фотоэлементами заключается в том, что они не требуют источника питания.

Фотоэлементы нашли широкое применение в самых различных областях электроники, автоматики, телевидения, звуковом кино, в измерительной технике и т. д.

Схема фотореле

Рис. 13-72. Схема фотореле.

В качестве примера на рис. 13-72 дана схема простейшего фотореле.

Свет от лампы 1, попадая в окно фотоэлемента 2, вызывает фототок Iф. Этот ток на сопротивлении rссоздает падение напряжения Iфrс. Поэтому потенциал сетки лампы ниже потенциала катода этой лампы и анодная цепь лампы заперта, тока в катушке контактора нет и контакты 5 в рабочей цепи разомкнуты.

Появление предмета, прерывающего доступ света к фотоэлементу, вызовет исчезновение тока Iф и падение напряжения Iфrс. Лампа отпирается и анодный ток, проходя по катушке контактора, вызовет замыкание контактов в рабочей цепи.

Такое фотореле применяют для автоматического счета изделий, проходящих по конвейеру, для ограждения опасной и запретной зоны пространства и т. д.

Фотосопротивлением (фоторезистором) называется прибор, электрическое сопротивление которого изменяется под действием света.

Схема устройства и включения фотосопротивления показана на рис. 13-73.

На тонкую пластинку 1 из стекла, керамики или слюды наносится полупроводниковый слой 2Для включения в цепь на полупроводниковый слой наносятся контакты 3. Для защиты от влаги полупроводниковый слой покрывается прозрачным лаком.

При защищенном от света фотосопротивлении через него проходит малый ток, называемый «темновым». При освещении фотосопротивления через него идет «световой» ток. Световой ток увеличивается с увеличением светового потока (освещенности).

Схема устройства и включения фотосопротивления

Рис. 13-73. Схема устройства и включения фотосопротивления.

Разность между световым и темновым током называется фототоком.

Фотосопротивления изготовляются из разных полупроводниковых материалов: сернистого свинца, сернистого висмута, сернистого кадмия и др.

Чувствительность фотосопротивления выше, чем у вакуумных фотоэлементов с внешним фотоэффектом, и достигает 100 ма/лм.

Фотосопротивления обладают значительной инерцией, а также нелинейной зависимостью от светового потока. Фотосопротивления широко применяются в промышленной электронике, автоматике, измерительной технике и др.

 

Статья на тему Фотоэлементы фотосопротивления

Подключение фотоэлемента - ElectrikTop.ru

Подключение фотоэлемента

Световое излучение независимо от его происхождения (искусственное или естественное) – это фактор, который может быть использован для построения систем автоматики и управления различными процессами. Например, для включения или выключения уличного освещения. Для его регистрации созданы устройства, которые получили название «фотореле» или «сумеречный датчик».

Что такое фотореле

Это радиотехническое устройство, регистрирующее поток фотонов – элементарных частиц, квантов электромагнитного излучения, которые не обладают массой и способны существовать только в движении, а их скорость является максимально возможной в материальном мире. Его схема состоит из двух частей:

  1. Чувствительной.
  2. Исполнительной (силовой).

Вкратце алгоритм его действия следующий: фотоны, попадая на чувствительный элемент (фотоэлектрический датчик), вызывают возникновение электрического тока или изменение его параметров. Так формируется управляющий импульс, который усиливается и подается на исполнительный элемент – соленоид – электромеханического реле. Последнее замыкает свои силовые контакты, коммутируя управляемую цепь.

Чувствительные элементы фотореле

Фотоны не обладают зарядом, но возбуждают ионы в атомной структуре веществ и порождают вторичное излучение, сопровождающееся двумя эффектами:

  • Волновыми колебаниями на видимой нами частоте спектра.
  • Возникновением электрического тока.

Последний феномен наблюдается только в том случае, если вещество обладает так называемой запрещенной зоной – энергетическим диапазоном, в пределах которого электрон не может активироваться – определенного размера.

Для примера: у металлов (проводников) такой зоны нет. А у диэлектриков она настолько велика (не менее 5 электронвольт), что электроны в них не могут активироваться никогда. Промежуточное положение между ними занимают так называемые полупроводники. Величина запрещенной зоны у них от десятых долей до трех электронвольт.

К веществам, которые способны активироваться под воздействием потока фотонов, относятся селенид и сульфид кадмия. На их основе строятся все чувствительные элементы фотореле, которые бывают трех типов:

  • Фоторезисторы.
  • Фотодиоды.
  • Фототранзисторы.

Фоторезисторы

Эти элементы радиотехнической схемы делают из полупроводников с одним типом проводимости – электронным (p) или дырочным (n). Под действием света их электрическое сопротивление уменьшается, они начинают пропускать ток. Этот сигнал поступает на входной каскад транзисторного усилителя, после чего он подается на соленоид силового реле, коммутирующего управляемую цепь.

Фоторезисторы являются наиболее простым и потому часто употребляемым элементом чувствительных схем.

Фотодиоды

Состоят из двух полупроводников – электронного и дырочного типа. Под воздействием света электроны накапливаются в зоне n, а так называемые дырки (положительно заряженные ионы) в зоне p. В результате возникает разность потенциалов и начинает течь постоянный ток. Этот элемент может работать в двух режимах: фотогальваническом и фотодиодном.

Схема включения фотодиода (ФД) в гальваническом и диодном режиме представлена на рисунке ниже.

В первом случае к нему не подводится питающее напряжение и он сам является источником тока. Это свойство используется при создании солнечных батарей, состоящих из сотен и даже тысяч светодиодов. Во втором подается напряжение обратной полярности, которое его запирает. При облучении светом обратное сопротивление элемента резко падает, а сила тока, через него текущего, наоборот, возрастает.

Фототранзисторы

Бывают двух типов: n-p-n и p-n-p, что определяет направление тока, через него текущего. От обычного транзистора отличается не только открытым корпусом, но и отсутствием третьего вывода – базы. Этот элемент делается большего размера, поскольку он воспринимает световое излучение, которое является управляющим.

Может работать в двух режимах: фотоэлектрическом и усилителя. В первом случае коллектору питающее напряжение не подводится, а ток через него возникает вследствие воздействия света на базу. Коэффициент усиления имеет логарифмическую зависимость от силы света и измеряется в децибелах.

Управление фотореле

Для того чтобы иметь возможность регулировать момент замыкания фотореле в зависимости от освещенности, используется два приема:

  1. В цепь фотоэлектрического элемента вводится переменный резистор, который регулирует ток через него.
  2. Используется так называемое опорное напряжение.

Первый наиболее прост, но он существенно ослабляет чувствительность прибора. Кроме того, не вполне логично сначала ослабить сигнал, а потом его усиливать для использования. Метод опорного напряжения заключается в том, что светочувствительный элемент включается по гальванической схеме. Возникший в нем ток сравнивается с опорным, текущим по независимой цепи. Для их сравнения используется компаратор.

Компаратор – это логический элемент схемы автоматики, работающий по принципу «Да – Нет». В основе его конструкции лежит операционный усилитель. Опорное напряжение вырабатывается отдельной схемой. Регулируется оно традиционным способом – реостатом.

Подключение фотореле

Стандартная схема подключения фотореле в системе управления освещением представлена на рисунке ниже.

Обратите внимание, что к нему подводится и фазный проводник, и нейтральный. Это делается для того, чтобы обеспечить питанием чувствительную часть схемы.

На практике клеммная коробка фотореле имеет три вывода. Они обозначены символами L – подключение фазы, N – нейтраль и R – нагрузка. Традиционно нагрузочный проводник выполняется черного или темно-коричневого цвета. Нейтраль желтого, а фазная линия – синего цвета. Однако могут быть варианты, поэтому за буквенными обозначениями следить надо обязательно.

Фотореле с магнитным пускателем

Мощность, на которую рассчитано фотореле, ограничивается электрической прочностью силовых контактов. Обычно рабочие токи для этого элемента автоматики не превышают 15 ампер. Например, у популярной модели ФР 601, используемой для управления уличным освещением, максимальная мощность нагрузки 1100 Вт, а рабочий ток 10 ампер.

Как следует поступить, когда требуется включать, например, уличные газоразрядные лампы ДРЛ ДНаТ 1000, токи запуска которых 12,5 ампер? В этом случае управление осуществляется через магнитный пускатель. Схема подключения фотореле ФР 601 с ним приведена на рисунке ниже.

Нагрузочный выход фотореле включается в цепь втягивающей катушки пускателя, к основной контактной группе которого подключается коммутируемая линия.

Фотореле параллельно с выключателем

В ряде случаев имеет смысл включать фотореле вместе с выключателем. Ведь возможно, что включить свет вам понадобится ранее наступления темного времени суток. Сделать это надо так, чтобы контакты силового реле были параллельны контактам выключателя. Главным условием правильной работы этой схемы является то, что к нагрузке должна подводиться одна и та же фаза.

Фотореле вместе с таймером

В сельских населенных пунктах практикуется правило, что уличное освещение включается с наступлением темного времени суток, но работает оно не всю ночь, а до, например, 23:00. Для реализации этого решения нагрузочный контакт фотореле подключается ко входу таймера. А тот, в свою очередь, к управляемому прибору.

Фотоэлектрическая схема является частью многих элементов автоматических систем. Например, датчиков движения. Но на этом ее возможности не ограничиваются. Она также встречается в составе звукозаписывающего оборудования. С помощью света можно дистанционно управлять токами большой силы, для чего используются особые приборы – фототиристоры и симисторы. Вы можете сами придумать оригинальную схему на ее основе, которая будет выполнять специфические задачи.

Фотоэлементы. Виды и устройство. Работа и применение

Сегодня в промышленности работают десятки тысяч автоматов, оснащенных электронным зрением. Электронным глазом у них служат фотоэлементы. В основе работы этих приборов лежит фотоэффект. История открытия этого явления началась 100 лет назад.

Классификация фотоэлементов
Эффекты фотоэлементов можно разделить на несколько видов, которые зависят от свойств и производимых функций:
  • Внешний фотоэффект. Его другое название – фотоэлектронная эмиссия. Электроны, вылетающие за границы вещества при возникновении внешнего фотоэффекта, называются фотоэлектронами. Образующийся фотоэлектронами при этом электрический ток, при упорядоченном движении по внешнему электрическому полю, называется фототоком.
  • Внутренний фотоэффект. Он влияет на фотопроводимость материала. Этот эффект появляется при перераспределении электронов по диэлектрикам и полупроводникам, в зависимости от их агрегатного (жидкого или твердого) и энергетического состояния. Перераспределяющее явление возникает под действием светового потока. Только при таком действии повышается электропроводимость вещества, то есть, возникает эффект фотопроводности.
  • Вентильный фотоэффект. Таким эффектом называется переход фотоэлектронов из собственных тел в другие тела (твердые полупроводники) или электролиты (жидкие).

На основе внешнего фотоэффекта работают вакуумные элементы. Они производятся в виде колб из стекла. Часть их внутренней поверхности покрывается тончайшим слоем напыления металла. Такая малая толщина позволяет получить незначительный рабочий ток.  Окошко в колбе имеет прозрачность, и пропускает свет вовнутрь.

Расположенный внутри колбы анод из диска, либо проволочной петли, улавливает фотоэлектроны. При соединении анода с положительным выводом питания, цепь замкнется, и по ней будет протекать электрический ток. То есть, вакуумные элементы могут коммутировать реле.

Путем комбинации реле и фотоэлементов можно образовать разные автоматы с электронным зрением, например, на входе в метро. Внешний фотоэффект заложен во многих технологических процессах в промышленности, и является важным физическим открытием, залогом успешного развития автоматики на производстве.

Устройство и принцип действия

Хорошо очищенная цинковая пластина, медная сетка, чувствительный гальванометр включены в электрическую цепь батареи.

При освещении пластины ультрафиолетовыми лучами в цепи возникает электрический ток. Значит, свет выбивает электроны из металла. Это явление и называют фотоэффектом.

Поставим на пути лучей стекло, задерживающее ультрафиолетовые лучи. Ток в цепи прекращается.

Вакуумный баллон. Часть его внутренней поверхности покрыта тонким слоем щелочного металла. Это катод. Анодом служит металлическое кольцо.

Подадим напряжение. Тока в цепи нет. Теперь осветим элемент, появляется ток. После снятия напряжения ток уменьшается, но не до нуля. По мере увеличения напряжения, фототок возрастает и достигает насыщения.

При отсутствии напряжения ток в цепи есть. Для прекращения фототока необходимо подать на анод отрицательный задерживающий потенциал.

Электрическое поле тормозит фотоэлектроны и возвращает их на катод. По мере приближения источника света величина светового потока увеличивается. Возрастает и фототок насыщения. Величина фототока насыщения прямо пропорциональна световому потоку. Это первый закон фотоэффекта.

Выясним, какую роль в фотоэффекте играет длина волны света. Установим синий светофильтр. При этом ток есть. С зеленым светофильтром ток уменьшается. С желтым светофильтром тока нет. Для каждого вещества есть определенная пороговая частота, ниже которой фотоэффекта нет. Это длинноволновая граница фотоэффекта.

Если увеличивать световой поток на более низких частотах, фотоэффекта не произойдет. Как объяснить это явление? Ученые изучили распределение энергии в спектре излучения нагретых тел.

Ученые также пришли к выводу, что свет излучается, распространяется и поглощается порциями – квантами энергии, фотонами. Валентные электроны в металле свободны. При поглощении фотона энергия идет на работу выхода электрона и его кинетическую энергию. Уравнение Эйнштейна раскрывает смысл 2-го закона фотоэффекта.

Кинетическая энергия фотоэлектрона определяется частотой света. При взаимодействии света с металлом мы наблюдали внешний фотоэффект. Схема опыта ученых послужила прототипом приборов на внешнем фотоэффекте.

Светочувствительный слой вещества и кольцевой анод находятся в вакуумной или газонаполненной колбе. По этому принципу устроены фотоэлементы, выпускаемые промышленностью.

Существует большая группа элементов, свойства которых меняются под воздействием света. Это полупроводники. На их основе созданы фоточувствительные приборы с так называемым внутренним фотоэффектом.

Фоторезистор

Возьмем проволочный резистор из полупроводника. Включим его в электрическую цепь. Под действием света происходят очень сильные изменения электрического сопротивления, и ток возрастает. Изменение проводимости не зависит от направления тока в фоторезисторе. Как возникает внутренний фотоэффект?

Рассмотрим элемент германий. Он четырехвалентный. На схеме изображена устойчивая структура полупроводника. Атомы прочно связаны ковалентной связью. Если энергия кванта света достаточна, чтобы разорвать связь электрона с атомом, он становится свободным, и блуждает по кристаллу. На его месте возникает так называемая дырка. Это положительный заряд, равный заряду электрона. Дырка может быть снова занята электроном.

Приложим разность потенциалов. Возникнет направленное движение электронов и дырок – электрический ток. Так устроен фоторезистор.

При воздействии света появляются носители, резко увеличивается проводимость, и возрастает ток в цепи.

Проводимость очень чистых полупроводников мала. Ее можно увеличить, если добавить примесь другого элемента. Добавим, например, атомы мышьяка. Они имеют большую валентность. При этом часть электронов оказывается свободной. Благодаря ним и увеличивается проводимость. Эта примесь дает материал n-типа. У индия валентность меньше. Он захватывает электроны кремния, увеличивая число дырок. Проводимость становится дырочной. Эта примесь дает материал р-типа.

Соединим два полупроводника n-типа и р-типа. На границе произойдет перераспределение зарядов. Дырки входят в р-область, а электроны в n-область до тех пор, пока на границе не возникнет электрическое поле, которое препятствует дальнейшему перераспределению. Так возникает двойной слой заряда, который называют р-n переходом.

Благодаря фотоэффекту при воздействии света появляются электроны и дырки. Возникает разность потенциалов.

Если цепь замкнуть, появится электрический ток. Этот эффект можно использовать для прямого преобразования световой энергии в электрическую. По этому принципу работают преобразователи световой энергии в электрическую, в экспонометрах, люксметрах, солнечных батареях.

Фотодиод

Простой фотодиод – это обычный полупроводниковый диод с переходом р-n, на который может воздействовать световой поток. В итоге материал меняет свои свойства, и дает возможность исполнять разные функции в цепи электрического тока. При отсутствии света диод имеет обычные свойства.

Комбинируя структуры, можно получить фототранзистор. Световой луч управляет его работой.

Применение

Фотоэлементы на практике применяются по общей схеме. На входе может быть любой элемент: фоторезистор, фотодиод, фототранзистор. Они реагируют на световой поток. Сигнал усиливается и подается в исполнительную цепь.

Вот некоторые области использования фотоэлементов в нашей жизни:
  • По этой схеме фотоэлементы могут управлять работой двигателей, станков, целых систем. Они прочно вошли в нашу жизнь.
  • Фотореле пропускает нас в метро. Электронный глаз следит за движением нити в текстильном производстве. Миниатюрные фотоэлементы зарегистрируют ее обрыв и остановят станок.
  • Их используют для измерения площади заготовок сложной формы. В считанные секунды определяется площадь лекала. Фотореле строго следит за раскроем кожи, ткани, и обеспечивает безопасность работы на прессе.
  • На станке для плазменной резки металла фотоэлементы также управляют его работой. Они считывают информацию с перфоленты, и задают режимы работы станка.
  • В типографии они считают бумажные листы, следят за их правильной укладкой и резкой. Ведут постоянный контроль за циклом работы станка, обеспечивая безопасность работы резчика бумаги.
  • На почтамте фотоэлементы позволили автоматизировать трудоемкие операции по обработке писем и сортировки их по адресам. Электронный глаз внимательно следит за тем, чтобы штемпель точно попал на марку. Фотоэлектронная система считывает индекс, обозначенный на конверте, и направляет письмо в нужную ячейку.
  • В ювелирном производстве фотоэлементы стали контролерами качества обработки драгоценных камней. Фотоэлектронный глаз представляет собой матрицу, состоящую из нескольких тысяч отдельных фотоэлементов.
  • Звук в кино записывается на звуковую дорожку. Фотоэлемент его расшифровывает, и управляет работой звуковых динамиков. Изображение на фотопленке и в глазу человека возникает благодаря фотоэффекту.
  • Роботы-автоматы выполняют технологические операции, за которыми не может следить человек. В промышленности робот движется, ориентируясь по белой линии на полу, благодаря системе, оснащенной фотоэлементами.
  • Прогресс науки и техники в самых разных областях народного хозяйства во многом стал возможен благодаря широкому использованию фотоэлементов.
Похожие темы:
Схема подключения фотоэлемента – особенности разработки.

Сложность создания уличного освещения на частных и приусадебных участках состоит в том, что оно должно быть ярким и комфортным для человека. Еще одно важное условие – рациональный расход электроэнергии. С целью оптимизировать систему фонарей и светильников, многие владельцы домов предпочитают использовать фотоэлемент. Правильная схема установки фотоэлемента обеспечит яркий и качественный свет при минимальных затратах.

Что представляет собой фотоэлемент?


Фотоэлемент регулирует яркость и направленность уличного освещения, что позволит эффективно расходовать электроэнергию. Эти устройство созданы из полупроводниковых материалов, которые способны преобразовывать солнечную или световую энергию в электрическую.  В качестве полупроводников выступают такие материалы как кремний или сульфид камния.

Что представляет собой фотоэлемент.

Фотоэлемент устанавливают не только в системы уличного освещения, он также монтируется:

  1. На солнечные батареи.
  2. В комплекте с реле на турникеты в метро и другие автоматические системы.
  3. На приемники радио.
  4. На приемники изображения и видео.
  5. В устройства, которые читают компакт-диски и другие электронные носители информации.

Внешне современный фотоэлемент выглядит как обычная световая лампочка. Они имеют малые габариты и характеризуются простотой в установке.

Фотодатчик на основе фотоэлемента – принцип действия.

Фотоэлементы используются совместно с реле и ламповым усилителем. При объединении этих составляющих можно получить фотодатчик (или фотореле).

Фотодатчик.

Фотореле часто устанавливают в системах уличного освещения, оно делает процесс розжига и выключения ламп автоматическим, а также следит за уровнем напряжения в сети. Принцип работы такого датчик сводится к тому, что после того, как подключение произведено и на катод попали солнечные лучи, элемент преобразует световую энергию в электрическую. Электроэнергия отправляется на ламповый усилитель, что приводит в действие реле. Реле срабатывает, подключенные к нему устройства загораются.

Интересное:

Уличное освещение без проблем.

Использование уличных светильников на солнечных батареях.

Любые такие датчики настроены на определенную волну – ультрафиолетового или инфракрасного излучения. Каждый из приборов имеет собственный диапазон чувствительности, его можно регулировать в зависимости от назначения приспособления и места расположения элемента.

В  большинстве современных моделей, схема предусматривает также защиту от помех – она необходима для того, чтобы датчик не реагировал на свет фар и другие посторонние источники.

Большое преимущество подключения фотоэлемента в сеть уличного освещения состоит в том, что он позволяет создать полностью автоматизированный свет на участке. Например, можно сделать так, чтобы элементы уличного освещения в саду включалось сразу после захода солнца, а на террасе – с первыми сумерками.

Преимущества использования фотоэлементов.


Правильно составленная схема подключения таких элементов в датчики обладает множеством преимуществ для владельцев приусадебного участка. Среди них можно выделить:

  • Экономия электроэнергии. Особенно большая экономия наблюдается при установке фотоэлемента с датчиком движения.
  • Дает возможность управлять светом на территории.
  • Позволяет регулировать яркость свечения.
  • Низкая стоимость.
  • Доступность монтажа.
  • Длительный срок эксплуатации ламп.

Фотоэлемент.

Такие элементы устанавливаются не только в фотореле, они также являются частью выключателя и фиксируют изменения тока. Именно на этом основана работа выключателя – при падении тока в сети свет гаснет.

Как подключить фотореле.

Фотоэлемент в составе фотореле обеспечит стабильную работу систем уличного освещения на участке.

Любое фотореле состоит из:

  1. Фотоэлемента.
  2. Датчика тока.
  3. Реле с выходными контактами.
  4. Силового повторителя контактов, работающего при мощных нагрузках.

Как подключить фотореле.

Наиболее популярными моделями сегодня являются ФР 601 и ФР 602 – бюджетные варианты. Схема подключения устройства расположена на упаковке товара, каждый производитель снабжает элемент бумагами, где есть схема установки. На корпусе элемента есть несколько цветных проводов, цвет необходим, чтобы в процессе установки не удалось провести подключение неправильно.

Зеленый цвет показывает «ноль», черный – «фазу»,  а красный – коммутирующую фазу, для подключения светильника. Подключать провода нужно будет к соединительной коробке, расположенной на стене. Подключение «ноль» необходимо для электропитания сети. Как правильно подключить устройство и схема приведены в инструкции. Это несложная процедура, и если у вас есть минимальные навыки работы с электриков, проблем не возникнет. При неправильном подключении проводов также не произойдет ничего опасного – сеть просто не будет работать. Сама коробка устанавливается на стену, согласно той же инструкции.

Чтобы настроить реле на работу в пасмурную погоду, нужно перенести регулятор в сторону «плюса».  Если регулятор включен на «минус» — устройство будет работать только в темное время суток. Настройку можно провести в любой момент.

Установка фотодатчика является очень выгодным решением, что позволит сэкономить не только на электроэнергии, но и на новых светильниках – так как теперь они работают автоматически и только по необходимости, срок службы приборов существенно вырастет.

Принцип работы фотоэлемента

УСТРОЙСТВО ФОТОЭЛЕМЕНТА С ВНЕШНИМ ФОТОЭФФЕКТОМ (ФЭ)

УСТРОЙСТВО ФОТОЭЛЕМЕНТА С ВНЕШНИМ ФОТОЭФФЕКТОМ (ФЭ) - изображение 1 - изображение 1

Используемый принцип работы фотоэлемента - фото 2 - изображение 2

1 - стеклянная колба

2 - кварцевое окошко

3 - катод

4- анод

5 – измерительный прибор

6 - источник питания

Стеклянная колба-стеклянный “сосуд”, разнообразной формы, из которого откачан воздух.

Кварцевое окошко -кварцевая пластинка, впаянная в колбу, пропускает видимое и УФ- излучения. Есть только у ФЭ, которые могут регистрировать ультрафиолетовое излучение.

Катод - отрицательный электрод, в ФЭ изготовлен из щелочных металлов или их сплавов с другими элементами, которые уменьшают работу выхода электронов. Выполнен в виде напыления (тонкой колбы) на внутренней поверхности колбы.

Анод- положительный электрод, в ФЭ изготовлен из никеля или других тугоплавких металлов. Выполнен в виде кольца или сетки.

Измерительный прибор- гальванометр или миллиамперметр - устройство предназначенное для измерения величины фототока.

Источник питания- устройство, предназначенное для того, чтобы зарядить анод положительно, а катод отрицательно

Образец применения - изображение 3 - изображение 3

ПРИНЦИП РАБОТЫ ФОТОЭЛЕМЕНТА С ВНЕШНИМ ФОТОЭФФЕКТОМ

На фотоэлемент падает свет (световой поток - Ф)

Принцип получения электроэнергии - фотография 4 - изображение 4

Пройдя через кварцевое окошко, он попадает на катод.

Фотоэффект, применение в технике фотоэлементов - изображение 5 - изображение 5

Фотоны, обладающие достаточной энергией, выбивают из катода электроны.

Электроны под действием электрического поля летят на анод.

В цепи возникает электрический ток, который называют фототоком ( i ф) .

Величина фототока измеряется гальванометром (миллиамперметром). Чем больше интенсивность света (чем больше в излучении количество фотонов), тем больше фототок, тем на больший угол отклоняется стрелка гальванометра (миллиамперметр)

9. Нефелометрический и турбидиметрический методы анализа.

9.1. Устройство.

КФК-2

10. Нефелометрический и турбидиметрический методы анализа.

10.1. Сущность, область применения.

10.2. Уравнение Релея.

10.3. Отличие нефелометрического и турбидиметрического методов анализа.

10.4. Преимущество турбидиметрического титрования.

Нефелометрический и турбидиметрический методы анализа

основаны на способности коллоидных растворов и мутных сред рассеивать свет;

применимы для проведения только количественного анализа.

Объекты анализа: коллоидные (дисперсные) системы.

Используемый принцип работы фотоэлемента

Примеров использования солнечной энергии великое множество. Это и солнечная энергетика и сельское хозяйство, фотоэлектрические системы и, наконец, фотосинтез без которого не было бы жизни. Одним из важных современных технологических решений является преобразование энергии Солнца в источник электрической энергии. В основу этого преобразования заложен принцип работы солнечного элемента.

Рассмотрим простой практический пример использования солнечной энергии преобразованной в электроэнергию.

Образец применения

Чтобы переместить объект из одного места в другое с помощью солнечной энергии должна быть достаточная мощность для приведения этого объекта в движение.

Известно, что мощность солнечной энергии, падающей на верхнюю границу атмосферы, примерно 1,33 киловатта на квадратный метр. На пути к Земле часть этой энергии поглощается и отражается обратно в мировое пространство.

В средних широтах энергия, падающая на Землю на уровне моря в ясный солнечный летний день, равна примерно 0,8 киловатта на квадратный метр. Заметим, что мощность широко распространенной домашней электроплитки обычно 0,4 киловатта. Значит, этих ресурсов с одного квадратного метра, если их использовать полностью, достаточно, чтобы питать энергией две электроплитки. Небольшому катеру достаточно 0,25 киловатта. Значит, в хорошую летнюю погоду, опять же, при полном использовании энергии солнца, солнечная батарея может вращать мотор и, вместе с тем, запасать избыток, заряжая аккумулятор.

Чтобы лодка двигалась, она должна иметь устройство, улавливающее солнечные лучи и преобразующее их  в электроэнергию. За счет полученной энергии будет работать электромотор, вращающий гребной винт. Электроэнергию для движения создают специальные  батареи в основу которых заложен принцип работы солнечного элемента.

Принцип получения электроэнергии

Батареи собраны из некоторого количества элементов, в которых энергия солнечного излучения преобразуется в электрическое напряжение. Каждый из упомянутых элементов – это фотодиод, изготовленный из специального полупроводящего материала.

Теперь пришла очередь разобрать работу батареи использующую определенное количество солнечных элементов.

Каждый элемент батареи состоит из двух частей. Обе части – это определенным образом обработанный полупроводниковый материал.

Электроны в полупроводниках расположены в определенных диапазонах по энергии, диапазоны называют зонами. В каждой упомянутой части, как во всяком полупроводнике, существует заполненная зона, проводимости и разделяющая их зона. Если электрон находится в зоне проводимости, он может перемещаться. В заполненной зоне электроны вообще неподвижны. Но, если электрону сообщить добавочную энергию, он перейдет в зону проводимости и сможет перемещаться.

Возможен также переход электронов из заполненной на какой-нибудь уровень в промежуточной зоне. В обоих случаях в заполненной зоне окажется пустой уровень. На этот уровень может перейти другой электрон, оставив свой уровень незаполненным. Последний может занять соседний из этой же зоны, вместо того следующий и т.д.

Таким образом, перемещение зарядов в заполненной зоне приведет к тому, что электроны  тоже могут проводить ток. Такие создающие ток заряды, в отличие от электронов в зоне проводимости, называют дырками, так как при перемещении  в этом случае перемещается дырка – в место, где нет электрона.

А теперь представим себе, что мы соединили друг с другом полупроводники, в одном из которых электрический ток проводят электроны, а в другом – дырки.  Падение солнечных лучей на элемент сгенерирует неравновесные электронно-дырочные пары с образованием тока.

Принцип действия и устройство вакуумных фотоэлементов - изображение 10 - изображение 10

Электрические процессы в такой паре весьма сложны. Поэтому упростим их насколько возможно, для этого положим, что освещается только один из двух полупроводников, скажем для определенности тот, в котором ток проводят свободные электроны. Тогда при соединении двух полупроводников, благодаря тому, что электроны совершают тепловое движение, часть из них перейдет в дырочный полупроводник. Значит, в электронном полупроводнике возникает недостача зарядов, и он благодаря этому получит положительный заряд.

Дырочный же полупроводник, получивший электроны от соседа, очевидно, получит отрицательный заряд.

А для внешней цепи соединение двух таких полупроводников будет как источник напряжения, и будет создавать во внешней цепи ток, который нужен для движения чего-либо.

Это практический пример использования солнечного электричества, который положен в основу и принцип работы солнечных элементов и батарей в целом.

Фотоэффект, применение в технике фотоэлементов

Принцип работы фотоэлемента - изображение 11 - изображение 11

На протяжении почти всего XIX века ученые наблюдали странное поведение веществ, металлов и электролитов под действием на них прямого света. Эти вещества увеличивали свою проводимость. Первым, кто смог собрать и обосновать данное явление, был Альберт Эйнштейн. Он доказал, что свет существует в виде квантовых порций и может оказывать влияние на некоторые элементы, увеличивая проводимость, то есть высвобождая свободные электроны.

Фотоэффект

Фотоэффектом называют явление испускания веществом свободных электронов под воздействием света или другого электромагнитного облучения. Протекает он в твердых веществах и конденсированных жидкостях. Применение фотоэффекта привело к открытию и обоснованию квантовой теории. На основе этой теории удалось объяснить закономерности фотоэффекта.

Принцип работы фотоэлемента - фотография 12 - изображение 12

Из этой теории выходит, что свободный электрон облучаемого вещества не может поглотить фотон, отдаваемый излучателем, ввиду того, что невозможно соблюдение законов сохранения энергии и импульса. Связь электрона вещества с окружением обуславливает фотоэффект в молекулах и конденсированной среде. Такая связь характеризуется ионизирующей энергией, так называемой энергией выхода электрона. Применение фотоэффекта в настоящее время на практике очень широко.

Виды фотоэффекта

Внешним фотоэффектом называют явление испускания электронов под воздействием электромагнитного излучения. При этом электроны, выходящие из вещества, называются фотоэлектронами, соответственно, электрический ток в нем называется фототоком. Непосредственно элемент в аппарате, подвергающийся облучению и отдающий электроны, называется фотокатодом. Спектральная характеристика фотокатода - это зависимость чувствительности к воздействию от частоты и длины волны излучения.

Принцип работы фотоэлемента - фото 13 - изображение 13

Внутренним фотоэффектом называют перераспределение внутри вещества согласно энергетическим особенностям. Применение фотоэффекта внутреннего объяснило явление фотопроводимости, то есть изменения концентрации заряда в веществе под воздействием излучения, при этом выход электронов не происходит.

Фотовольтаический эффект возникает под воздействием конкретно электромагнитного излучения на вещество со свободными электронами.

Ядерный фотоэффект возникает при поглощении ядром атома гамма-излучения при неизменном нуклонном количестве. При этом происходит распад ядра и выход ядерной энергии.

Применение фотоэффекта в технике

Фотоэффект начал широко использоваться в начале ХХ столетия, когда получилось обосновать и открыть многие его свойства. Применение фотоэффекта и в быту, и в промышленных масштабах в наше время распространено. Благодаря этому явлению было создано кино и телевидение. Современные металлообрабатывающие станки работают и изготавливают сложнейшие детали благодаря применению фотоэффекта.

Принцип работы фотоэлемента - фото 14 - изображение 14

Альтернативные источники электроэнергии работают благодаря этому явлению. Причем количество вырабатываемой энергии значительно, чтобы обеспечивать большое количество потребителей.

Фотоэлемент

Широкое применение фотоэффекта стало возможным благодаря изобретению фотоэлемента. Он применяется как оптический датчик на станках, позволяя обрабатывать сложнейшие детали без применения человеческого труда согласно созданным для этого программам. Также в кино фотоэлемент считывает запись с пленки, преобразуя ее в звук. Фотоэлементы и их применение намного упрощают нашу жизнь как потребителей электроэнергии. Связано это с тем, что они широко используются в таких аппаратах, как солнечные батареи. В них прямое солнечное излучение попадает на вещество, преобразуясь в электрический ток.

Принцип действия и устройство вакуумных фотоэлементов

Принцип работы фотоэлемента - фотография 15 - изображение 15

6.1.1 Принцип действия вакуумных фотоэлементов.Он основан на использовании внешнего фотоэффекта, при котором падающий на поверхность материала лучистый поток вызывает эмиссию электронов в вакуум. Эти фотоэлектроны увлекаются внешним электрическим полем, создающимся приложенным напряжением между двумя электродами. При этом роль катода играет фоточувствительный слой (фотокатод). Вторым электродом является анод. Фотоэлектроны под действием приложенного напряжения устремляются к аноду, создавая ток во внешней цепи.

Эмиссия электронов из фотокатода порождается следующими процессами: поглощением падающего фотона, которое приводит к передаче энергии фотона к электрону; диффузией возбужденного электрона к поверхности твердого тела; прохождением электрона через поверхностный потенциальный барьер в вакуум.

Энергия, необходимая для преодоления потенциального барьера, называется работой выхода. Эмиссионная способность материала характеризуется квантовым выходом, равным отношению числа освобожденных электронов к числу падающих фотонов. Величина квантового выхода будет тем больше, чем выше эффективность первых двух этапов фотоэмиссии и чем меньше работа выхода. Удачным сочетанием таких качеств обладают некоторые сложные полупроводники, являющиеся эффективными фотокатодами. Анализ показывает, что для данного материала существует оптимальная длина волны, на которой наблюдается максимальное значение квантового выхода.

В соответствии с законом Столетова, величина фототока пропорциональна потоку излучения, поглощенному веществом. максимальная же кинетическая энергия фотоэлектронов тем больше, чем больше частота падающего излучения и не зависит от величины потока излучения (закон Эйнштейна).

Принцип работы фотоэлемента - фотография 16 - изображение 16

, (28)

где

Принцип работы фотоэлемента - фотография 17 - изображение 17

– работа выхода электрона;

h – постоянная Планка.

Из этой формулы следует, что внешний фотоэффект наблюдается только для излучения, длина волны которого меньше красной границы фотоэффекта, определяемой выражением

Принцип работы фотоэлемента - изображение 18 - изображение 18

. (29)

Вакуумный фотоэлемент с внешним фотоэффектом представляет собой стеклянный вакуумированный баллон, на одну из стенок которого наносится фотокатод. Роль анода выполняет металлическая пластинка или кольцо, находящиеся в центре баллона. В некоторых конструкциях фотоэлементов, предназначенных для измерения слабых потоков, имеется третий вспомогательный электрод – охранное кольцо, помещаемое таким образом, чтобы улавливать токи утечки по баллону между выводами катода и анода. Баллон выполняется полностью из стекла или имеет окно для прохождения регистрируемого излучения из увиолевого стекла или кварца, или сапфира.

Конструктивно все фотоэлементы можно разделить на четыре группы.

1 Фотоэлементы с массивными непрозрачными фотокатодами, освещаемыми с фронта (рисунок 9, а). Они применяются для сфокусированных световых потоков, постоянных или модулированных с небольшой частотой.

Принцип работы фотоэлемента - фото 19 - изображение 19

а – с массивным фотокатодом; б – измерительного фотоэлемента с торцевым фотокатодом и охранным кольцом; в – сильноточного коаксиального фотоэлемента; 1 – фотокатод; 2 – анод; 3 – вывод фотокатода; 4 – вывод анода; 5 – охранное кольцо.

Рисунок 9 – Схема вакуумного фотоэлемента

Такие фотоэлементы используются в звуковом кино, фототелеграфии и контрольно-измерительной технике. Сферическая форма баллона является оптимальной, так как отраженное от поверхности фотокатода излучение снова попадает на соседние участки фотокатода.

2 Измерительные фотоэлементы (рисунок 9, б) используются в фотометрии для измерения слабых световых потоков, медленно меняющихся по величине или модулированных с определенной частотой. Они выполняются как с массивным фотокатодом, так и с торцевым полупрозрачным. Они, как правило, имеют охранное кольцо.

3 Специальные сильноточные фотоэлементы коаксиальной конструкции (ФЭК), предназначенные для регистрации лазерных импульсов с длительностью в несколько наносекунд. Для этого фотокатод выполнен в виде плоской пластинки, а анод в виде сетки располагается перед фотокатодом. Вся конструкция фотоэлемента выполнена в виде отрезка коаксиальной линии, согласованной с коаксиальным кабелем. Такие фотоэлементы имеют линейную световую характеристику для фототоков вплоть до нескольких ампер. Для снижения времени пролета электронов анодное напряжение увеличивают до 2-5 кВ. а расстояние между анодом и фотокатодом уменьшают до нескольких миллиметров.

4 Газонаполненные фотоэлементы, в которых для повышения интегральной чувствительности прибегают к усилению первичного фототока с помощью инертного газа, которым наполняется баллон фотоэлемента. В газе под воздействием приложенного анодного напряжения при движении электронов возникает лавинная ионизация, что вызывает увеличение тока в цепи. Так, чувствительность газонаполненного фотоэлемента ЦГ-4 в 2,5 раза выше, чем у аналогичных вакуумированных.

Главным недостатком таких фотоэлементов является их инерционность, отсутствие тока насыщения и зависимость параметров от возможных колебаний питающего напряжения.

6.1.2 Характеристики вакуумных фотоэлементов.Спектральная характеристика фотоэлемента определяется типом фотокатода, его толщиной, материалом подложки и окна баллона фотоэлемента. В литературе разработана система обозначения типовых спектральных характеристик фотокатодов (С1-С20), за рубежом – (S1-S25).

В зависимости от толщины фотокатоды делят на сплошные, когда излучение падает на внешний слой фотокатода, и полупрозрачные, работающие «на просвет».

При выборе типа фотокатода при использовании фотоэлементов в оптико-электронных приборах руководствуются следующими требованиями.

1 Для работы в ИК области пригоден лишь серебряно-кислородно-цезиевый фотокатод. Но он не пригоден для работы со слабыми потоками из-за большой термоэмиссии и малой интегральной чувствительности.

2 для монохроматических источников выбирают фотокатоды с максимальным квантовым выходом в заданной области спектра. В коротковолновой области спектра используют сурьмяно-цезиевые или бищелочные фотокатоды с пониженной термоэмиссией. В более длинноволновой (600-900 нм) – многощелочные.

3 Многощелочные, а также более простые в изготовлении сурьмяно-цезиевые фотокатоды, сенсибилизированные кислородом, имеют более высокую интегральную чувствительность.

4 в телевидении и других областях, требующих характеристики, близкие к кривой чувствительности глаза, используют висмут-серебряно-цезиевые или сурьмяно-рубидиево-цезиевые фотокатоды.

Частотная характеристика фотоэлементов связана либо с природой переноса фотоэлектронов, либо с наличием межэлектродных емкостей. В быстродействующих фотоэлементах время пролета составляет 10-11-10-12 с.

Импульсная характеристика ухудшается, в основном, из-за разброса времени пролета электронов, которые вылетают из фотокатода с разными энергиями и углами выхода, поэтому они попадают на анод не одновременно. Кроме того, на импульсную характеристику влияет накопление заряда на стекле при перезарядке анодной емкости и межэлектродная емкость, которая составляет 10-50 пФ для обычных фотоэлементов и 3-4 пФ – для скоростных.

При отсутствии освещения в цепи фотоэлемента течет темновой ток, складывающийся из тока утечки между электродами и тока термоэмиссии.

Ток термоэмиссии составляет:

-для серебряно-кислородно-цезиевого фотокатода – 10-12-10-10 А/см2;

-для сурьмяно-цезиевого фотокатода – 10-15-10-14 А/см2;

-для мультищелочного фотокатода – 10-16-10-15 А/см2.

Ток утечки по стеклу колбы по наружным и внутренним сторонам при анодном напряжении 200-300 В составляет 10-8-10-7 А. При наличии в фотоэлементе охранного кольца этот фототок замыкается на землю и не участвует в темновом токе.

Источники:

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Принцип работы фотоэлемента | | Гарантстрой 2003

Фотоэлементом называют прибор, который под воздействием Солнца вырабатывает фототок. Практическую возможность получения электрической энергии из света разработал профессор физики МУ А.Г. Столетов. Он объяснил происхождение фотоэффекта и сумел преобразовать солнечную энергию в фотоЭДС. На основании этого сегодня изготавливают электровакуумные и полупроводниковые фотоэлементы, которые используют в измерительной, контрольной и автоматической аппаратуре.

Принцип работы фотоэлемента

Устройство представляет собой кварцевую или стеклянную колбу. С ее внутренней стороны нанесен светочувствительный слой щелочного металла (катод). Он контактирует с проводом, соединенным с отрицательным полюсом источника питания. В середине устройства расположен электрод, называемый анодом. Он соединен с положительным полюсом. Под воздействием света из катода вырываются электроны. В электромагнитном поле они устремляются к аноду, создавая в цепи ток.

Полупроводниковый фотоэлемент

Полупроводник имеет устойчивую структуру. Атомы прочно связаны ковалентной связью. Если энергии кванта хватает, чтобы разорвать связь электрона с атомом, электрон становится свободным. На его месте рождается дырка — положительный заряд, равный заряду электрона. Если приложить разность потенциалов, появится электрический ток.

Слабую проводимость чистых полупроводников увеличивают с помощью примесей других веществ, чтобы получить больше свободных положительно или отрицательно заряженных частиц:

  1. примеси, создающие избыток электронов образуют полупроводник n-типа.
  2. примеси, создающие избыток дырок — полупроводник p-типа.

Принцип работы фотоэлемента

 

Если соединить материал n-типа и p-типа, на границе произойдет перераспределение зарядов: дырки будут двигаться в n-область, а электроны — в p-область, пока на границе не возникнет двойной слой зарядов, называемый p-n-переходом и электрическое поле, препятствующее их дальнейшему перераспределению. Если цепь замкнуть, появится электрический ток, пропорциональный:

  • интенсивности светового потока;
  • площади полупроводника;
  • времени действия света.
Устройство фотоэлемента

Принцип работы фотоэлемента

Применение

Фотоэлементы прочно вошли в нашу жизнь. Фотореле пропускает нас в метро, управляет процессами современного производства, обеспечивает безопасность человека и механизмов, контролируют качество продукции по классической схеме. На ее входе устанавливается фотоэлемент, реагирующий на световой поток. Сигнал усиливается и подается на реле в исполнительную цепь, управляя работой двигателей, станков и целых систем, применяемых в быту и на производстве.

Изучение света продолжается и сегодня. Ученые уверены, что потенциал фотона колоссален, а гелиевая энергетика в скором времени изменит свет во всех отношениях.

Принципиальная схема

, работа, типы и ее применение

По сути, фотоэлемент является одним из видов резисторов, который можно использовать для изменения значения сопротивления в зависимости от интенсивности света. Они недороги, их легко получить в разных размерах и технических характеристиках. Каждый датчик фотоэлемента будет по-разному сравниваться с другими модулями, даже если они принадлежат к одному семейству. На самом деле, изменения в этом могут быть большими, большими и т. Д. По этим причинам они не могут быть использованы для определения точных уровней освещенности в мельнице Кандела, в противном случае - люкс.В этой статье обсуждается обзор фотоэлемента, который включает в себя работу, принципиальную схему, типы и его применения.

Что такое фотоэлемент?

Фотоэлемент может быть определен как; это светочувствительный модуль. Это может быть использовано при подключении к электрической или электронной цепи в широком спектре приложений, таких как освещение от заката до восхода солнца, которое механически включается при низкой интенсивности света. Они также используются в других приложениях, таких как охранная сигнализация и автоматические двери.

Фотоэлемент - это один из видов датчиков, который можно использовать для измерения света. Основными особенностями фотоэлемента являются очень маленькие, маломощные, экономичные, очень простые в использовании. По этим причинам они часто используются в гаджетах, игрушках и бытовых приборах. Эти датчики часто называют ячейками сульфида кадмия (CdS). Они состоят из фоторезисторов и LDR.

photocell photocell фотоэлемент

Эти датчики предназначены для чувствительных к свету применений, таких как свет, в противном случае затемнение.Если перед датчиком находится блок-индикатор, если есть что-то, что нарушает лазерное излучение, датчики, которые имеют большую часть света, бьют.

Конструкция фотоэлемента

Конструкция фотоэлемента может быть выполнена с помощью вакуумированной стеклянной трубки, которая включает в себя два электрода, такие как коллектор и эмиттер. Форма выводов эмиттера может иметь форму полого полого цилиндра. Он всегда устроен с отрицательным потенциалом. Форма коллекторной клеммы может иметь форму металла, который может быть расположен на оси частично цилиндрического излучателя.Это можно постоянно держать на положительном терминале. Эвакуированная стеклянная трубка может быть закреплена на неметаллическом основании, а у основания имеются штыри для внешнего соединения.

Работа фотоэлемента

Принцип работы фотоэлемента может зависеть от возникновения электрического сопротивления и эффекта фотоэлектрика. Это может быть использовано для преобразования энергии света в электрическую энергию.

PCBWay PCBWay

Когда клемма эмиттера подключена к отрицательной (-ve) клемме, а клемма коллектора подключена к положительной (+ ve) клемме батареи.Частота излучения будет больше пороговой частоты материала в излучателе, и тогда произойдет излучение фотона. Фотонные электроны участвуют в направлении коллектора. Здесь коллекторная клемма является положительной клеммой относительно клеммы эмиттера. Следовательно, поток тока будет внутри схемы. Если интенсивность излучения увеличится, то фотоэлектрический ток будет увеличен.

Принципиальная схема фотоэлемента

Фотоэлемент, используемый в схеме, называется схемой измерения темноты, в противном случае схема с транзисторным переключением.Необходимые компоненты для построения схемы в основном включают в себя макет, перемычки, батарею-9В, транзистор 2N222A, фотоэлемент, резисторы-22 кОм, 47 кОм и светодиод.

Вышеупомянутая схема фотоэлемента работает в двух условиях, например, когда есть свет и когда темно.

В первом случае сопротивление фотоэлемента меньше, и затем через второй резистор будет протекать ток, например, 22 кОм и фотоэлемент. Здесь транзистор 2N222A работает как изолятор.Таким образом, полоса, которая включает LED1, R1 и транзистор, будет отключена.

dark-sensing-circuit-using-photocell dark-sensing-circuit-using-photocell фотоэлемент с темновой схемой

Во втором случае сопротивление фотоэлемента высокое, и полоса цепи изменится. Таким образом, низкое сопротивление будет там по направлению к базе транзистора или через фотоэлемент.

Всякий раз, когда на базовую клемму транзистора подается питание, тогда транзистор 2N222A работает как проводник. Полоса, включающая светодиод, R1 и транзистор 2N222A, будет включена, и светодиод будет мигать.Таким образом, если базовая клемма транзистора получает питание, тогда транзистор будет работать как проводник, а затем светодиод включится.

Типы фотоэлементов

Фотоэлементы доступны в различных типах

  • Фотоэлектрические устройства
  • с зарядовой связью
  • Фоторезистор
  • Golay Cell
  • Фотоумножитель
1). Фотоэлектрическая батарея

Основная функция фотоэлектрической батареи - это изменение энергии с солнечной на электрическую.Полезный ток может возникать всякий раз, когда фотоны бьют электроны по ячейке в состоянии высокой энергии.

2). Устройства с зарядовой связью

Научно-исследовательское сообщество может использовать устройство с зарядовой связью, потому что это очень надежный и точный фотодатчик. Когда заряд, генерируемый фоточувствительными датчиками, можно использовать для изучения самых разных вещей, от галактик до только молекул.

3). Фоторезистор

LDR является одним из видов сенсорных устройств, удельное сопротивление которых можно уменьшить за счет суммы экспонированного света.Измерители освещенности камеры и несколько сигналов тревоги используют недорогие фоторезисторы в своих приложениях.

4). Ячейка Голея

Ячейка Голея в основном используется для измерения ИК-излучения. Почерневший металлический листовой цилиндр заполнен газом ксеноном на одном конце. ИК-энергия, которая падает на почерневшую пластину, нагревает газ внутри цилиндра и перекручивает упругую диафрагму над другим концом. Здесь движение используется, чтобы узнать мощность источника энергии.

5). Фотоумножитель

Фотоумножитель является очень чувствительным датчиком.Неясный свет можно умножить в 100 миллионов раз.

Применение фотоэлементов

Применение фотоэлементов включает в себя следующее.

  • Фотоэлементы используются в автоматическом освещении для включения в темное время суток, и активация / деактивация уличных фонарей в основном зависит от того, день это или день.
  • Они используются в качестве таймеров в беговой гонке для расчета скорости бегуна.
  • Фотоэлементы используются для подсчета транспортных средств на дороге.
  • Они используются вместо фотоэлектрических элементов и переменных резисторов.
  • Они используются в люксметрах для определения интенсивности света.
  • Они используются в качестве переключателей, а также датчиков.
  • Они используются в системах охранной сигнализации для защиты от воров.
  • Они используются в робототехнике, где бы они ни направляли роботов, чтобы они скрывались от глаз в темноте, в противном случае следовали за маяком или линией.
  • Они используются в экспонометрах, которые можно использовать с камерой для определения правильного времени экспозиции для получения хорошей фотографии.
  • Фотоэлементы используются для воспроизведения звука, который может быть записан в кинофильме.
  • Используются в свете от заката до рассвета.

Таким образом, это все о фотоэлементе. Основная функция этого состоит в том, чтобы обнаруживать свет при включенном свете, иначе, когда солнце не горит. Вот вам вопрос, какой металл используется в фотоэлементе?

по использованию фоторезистора-фотоэлемента CdS


Различные фотоэлементы CdS

от Lewis Loflin

Фоторезистор (или фотоэлемент) из сульфида кадмия (CdS) - это устройство, которое изменяет сопротивление в зависимости от интенсивности света. Он чувствителен, быстр и существует уже несколько десятилетий. Он часто используется в уличных фонарях и в качестве «электрического глаза». Обратите внимание, что сопротивление уменьшается от миллионов омов в темноте до нескольких сотен омов при ярком свете. Простой тест состоит в том, чтобы использовать омметр и наблюдать, как сопротивление изменяется в зависимости от интенсивности света.

В приведенной выше схеме (рис. A) R1 представляет собой фотоэлемент CdS, включенный последовательно с резистором 1000 Ом. Форма 5 Вольт VCC делится на R1 и R2 пропорционально их сопротивлению. Например, если R1 = R2, каждый будет читать 2,5 вольт для каждого компонента. Используя вольтметр постоянного тока (черный провод на земле, красный провод на V), вы получите 2,5 вольт. (Или любое другое значение в зависимости от конкретной ячейки CdS и интенсивности света.)

При подключении вольтметра к ячейке CdS (черный провод к V и красный к Vcc) будет отображаться 2.5 вольт Если провода измерителя поменялись местами, скажем, красным на землю и черным на V, показания напряжения будут отрицательными 2,5 вольт с цифровым измерителем.

Примечание: напряжение на R1 плюс напряжение на R2 при сложении вместе будут равны Vcc. Это свойство последовательных цепей, где через каждый компонент протекает одинаковый ток, но напряжение делится в зависимости от сопротивления.

При увеличении интенсивности света до R1 напряжение на R2 будет увеличиваться, а напряжение на R1 уменьшается.Это потому, что сопротивление R1 уменьшается с интенсивностью света, в то время как сопротивление R2 является фиксированным. Напряжение делится на основе сопротивления, где более высокое сопротивление больше падает. Как и в предыдущем случае, напряжение на R1 плюс напряжение на R2 все равно прибавит обратно к Vcc. На рисунке B выше у нас есть противоположное чтение напряжения, потому что части перепутаны. Напряжение от земли до V будет уменьшаться по мере увеличения интенсивности света.

Выход на V может использоваться с аналого-цифровым преобразователем микрокомпьютера для измерения интенсивности света.Давайте посмотрим на еще одно приложение.

Быстрая навигация:


Использование компаратора с CdS

На рисунке выше изображен четырехкомпонентный компаратор Lm339, управляющий реле. Когда напряжение на входе «-» (контакт 5) превышает напряжение на входе «+» (контакт 6), выходной (внутренний) транзистор с открытым коллектором на контакте 2 включается на массу, активируя реле K1. (D4 используется для защиты Lm339 от скачков напряжения, генерируемых K1 при деактивации.

По мере увеличения интенсивности света сопротивление R5 уменьшается, напряжение будет расти на R7, пока напряжение на Tp2 не превысит напряжение, установленное R4, активируя реле.Если мы используем R6 и R8, реле при включении темнеет. Подробнее о компараторах см. Vc.htm. Для той же схемы, что и выше с использованием uA741 OP-AMP, см. Cir1.jpg.


На рис. 3 выше ячейка CdS используется последовательно с реле 120 В переменного тока. В течение дня сопротивление ячейки CdS низкое, активируя реле и разрывая соединение с лампой. Ночью повышенное сопротивление отключает реле. Диаграмма показывает состояние цепи в ночное время.

На рис.4, когда сопротивление CdS падает, ток подается на затвор симистора, включающего лампу. Смотрите мою страницу триаков.



Термисторы, которые я купил у Ebay

Термистор

Термистор - это тип резистора, сопротивление которого изменяется в зависимости от его температуры. Слово представляет собой сочетание термического и резисторного. Сэмюэль Рубен изобрел терморезистор в 1930 году. Он отличается от механического термостата, который использует расширение / сжатие металлов для разрыва контакта.Если сопротивление увеличивается, мы говорим, что оно имеет положительный коэффициент. Если уменьшается, то отрицательный коэффициент. Они используются не одни, а с другой электроникой. Термисторы могут использоваться в тех же цепях, что и ячейки CdS. Термистор не следует путать с термопарой или термостатом.


Символ термистора

,

фотоэлемент | Infoplease

фотоэлемент или фотоэлемент, устройство , электрические характеристики которого (например, ток, напряжение или сопротивление) меняются, когда на него падает свет. Наиболее распространенный тип состоит из двух электродов, разделенных светочувствительным полупроводниковым материалом. Батарея или другой источник напряжения, подключенный к электродам, устанавливает ток даже в отсутствие света; когда свет попадает на полупроводниковую часть фотоэлемента, ток в цепи увеличивается на величину, пропорциональную интенсивности света.В фототрубке, фотоэлементе более старого типа, в стеклянную трубку заключены два электрода - анод и светочувствительный катод, то есть металл, который испускает электроны в соответствии с фотоэлектрическим эффектом. Хотя сама фототрубка в настоящее время устарела, этот принцип сохраняется в фотоумножительной трубке, которая может использоваться для обнаружения и усиления слабого количества света. В этой трубке электроны, испускаемые светочувствительным катодом под действием света, притягиваются к положительному электроду и ударяются о него, освобождая потоки вторичных электронов; они тянутся к более положительному электроду, производя еще больше вторичных электронов - и так далее, через несколько стадий, пока не будет произведен большой импульс тока.Помимо использования в измерении интенсивности света, в трубку телевизионной камеры может быть встроен фотоумножитель, что делает его достаточно чувствительным, чтобы воспринимать визуальное изображение звезды, слишком слабое, чтобы ее мог увидеть человеческий глаз. Фотоэлектрический элемент фотоэлектрического типа при воздействии света может генерировать и поддерживать электрический ток без подключения к какому-либо внешнему источнику напряжения. Такая ячейка обычно состоит из полупроводника с двумя зонами, состоящими из разнородных материалов. Когда свет падает на полупроводник, на стыке между двумя зонами устанавливается напряжение.Фототранзистор, который является типом фотоэлектрической ячейки, может генерировать небольшой ток, который действует как входной ток в обычном транзисторе и управляет большим током в выходной цепи. Фотоэлектрические элементы также используются для изготовления солнечных батарей (см. Солнечный элемент). Поскольку ток от фотоэлемента может быть легко использован для управления переключателями или реле, его часто используют в счетчиках с легким срабатыванием, автоматических механизмах открывания дверей и сигнализации вторжения. Фотоэлементы в таких устройствах широко известны как электрические глаза.

Колумбия Электронная энциклопедия, 6-е изд. Copyright © 2012, Columbia University Press. Все права защищены.

Другие статьи в энциклопедии: Электротехника

.
Фотоэлемент Цепь короткого замыкания Фонарик уличного освещения Освещение фотодатчика Ansi Фотоэлектрический датчик Выключатель

Мы производим все виды светодиодных уличных фонарей / светодиодных прожекторов / светодиодных прожекторов,

светодиодных драйверов, а также все виды традиционных уличных фонарей / прожекторов и аксессуары, такие как балласт, зажигатель, конденсатор, лампочка и фотоэлемент и т. д.

Описание продукта

Фотоэлемент короткого замыкания, защитный колпачок Twist-lock IP65 Фотоэлемент

Крышка короткого замыкания фотоэлемента Контроллер уличного освещения Освещение Фотодатчик ANSI Переключатель фотоэлектрического датчика

200002

) Балласт 1800 ВА (208-15) 480 В Макс.(208-23)

Цепь короткого замыкания фотоэлемента Контроллер уличного освещения Освещение фотодатчика ANSIPФотоэлектрический датчик Выключатель

Цепь короткого замыкания фотоэлемента

Крышка короткого замыкания фотоэлемента Контроллер уличного освещения Фотодатчик с разрешением ANSI UL Фотоэлектрический датчик

Крышка короткого замыкания фотоэлемента Сенсор фотоэлектрического датчика ANSI UL

Упаковка

Наши услуги

Наш светильник, изготовленный нашей собственной фабрикой литья под давлением, Мы производим большинство деталей освещения, таких как рефлектор, сами по себе;

У нас есть своя обработка для обработки стружки, У нас есть машина для электростатического распыления порошка, т упаковщик с опытом работы более 10 лет, т инженер-техник с 19-летним опытом работы, w e имеет новейшее высокотехнологичное оборудование, w e имеет сильное послепродажное обслуживание, лучшее обслуживание для вас;

Мы принимаем смешанные оддеры любого цвета с образцами и партиями, так как вы можете выбрать клиента и победителя рынка.

Пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам в любое время, это наша честь обслуживать вас. Мы вместе.

,

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *