17. Фотопреобразователи.

Фоторезистивные преобразователи.

В физике тв. тела известны явления в материалах обладающих большой работой выхода, незначит. освящения световым потоком в УФ, ИК областях спектра, приводит к выбиванию электронов, кол-во кот. зав-т от вел-ны светового потока Ф, следовательно измен-тся сопротивление образца в целом.

При этом измеряется сопротивление образца в целом.

Преобразователи с зав-стью R_x=f(Ф) наз. фоторезистивными.

Такими св-вами обл. некот. оксиды, фосфиды, селениды.

Статич. хар-ка:

Рис.

Такие преобр-ли изготовлены в виде диэлектрич. подложек, на кот. нанесена паста – рис.

- прозрачн. стекловидная масса – SiO₂.

Элем-ты (ФС) исп-тся для регистрации интенсивности светов. потоков, подсчета числа изделий.

Кроме фоторезист. проебр-лей эти в-ва использ. для регистрации сверхслабых световых потоков в фотоэлементах (ФЭ).

В-во помещают на внутр. стенку вакуумн. стекл. болона, на пов-сть кот. падает световой поток Ф, он выбивает электроны, кот. попадают на анод, при чем образ-тся электрич. цепь, образ-тся электр. ток, вел-на кот. м.б. измерена: как фотоЭДС или как протекающий ток.

U_н= R_н*i_ф

Рис.

Для регистрации I_ф в цепь включ. R_нагр., с кот. снимают U_н.

Использ-тся для регистр. инт-сти светового потока в спектрометрах, спектрофот-х.

Фотодиоды и фототранзисторы.

Для регистрации свет. потоков можно использ-ть п/проводниковые диоды:

Рис.

Принцип действия связан с особенностью ВАХ п/проводникового диода:

Рис.

Если область р-n-перехода осв-сть свет. потоком с энергией квантов hν, при обратном включении п/п диода возрастает I_обр, кот. легко регистрируется и пропорц-на световому потоку.

В основном такие фотодиоды вып-ся для видимой и ИК областей спектра.

Фоторезисторы.

Рис.

При изменении светового потока, освещающий эмиторный переход, входн. хар-ка измен-ся. Когда появл-ся освещающий Ф, вых. ток транзистора (I_к) резко возрастает.

Явление позволяет регистрировать сверхмалые Ф с одноврем. усилением сигнала.

Фотоэлектронный умножитель.

Явление выбивания электронов из материала под действием hν использ-ся в фотоумножителях для получ-я знач-го по влиянию фототока.

Световой поток попадает на пластину, покрытую в-вом с малой работой выхода электронов. hν выбивает электроны от пов-сти.

Рис.

Электроны, попадая на след-ую пластину, выбивая электроны, отраж-ся.

Каждая из послед. пластин нах-тся под «+» потенциалом для создания поля притяжения электронов.

В послед электрод включ. R_н, по кот. течет сут. фототок, I_фэу. ФЭУ позволяет регистрировать даже един. кванты света.

18. Приборы с зарядовыми состояниями. Пзс – матрицы

Предназначены такие устройства для регистрации больших по размеру светящихся объектов. Прибор представляет из себя матрицу, на поверхности которой методами микроэлектроники создается множество изолированных др. от др. р-n-переходов. Структура представляет из себя: нижний слой - Ме, следующий слой - оксид Ме, верхний – полупроводниковый материал. Такие стр-ры наз. МОП-стр-ры.

полупроводник

МеО

Ме

Электрически каждый из этих квадратов представляет конденсатор, заряд которого может меняться в зависимости от велич. светового потока, падающего на полупроводник. Заряд каждого конденсатора меняется в зависимости от характера распределения светового потока.

Верхняя обкладка каждого конденсатора имеет свой собственный вывод (контакт), с помощью интегральной электроники производится опрос состояния каждого конденсатора (снятие заряда с обкладки). Причем эта операция может проводиться как последовательно, так и параллельно. В результате после превращения такого эл. сигнала из аналоговой в цифровую форму на экране встроенного в прибор микропроцессора формируется изображение объекта.

Из физики известно, что если внутрь катушки индуктивности поместить магнитный материал, то вел. индуктивности будет меняться по след. з-ну:

L=μ ( ω²S/l )

ω – число витков;

μ - суммарная магнитная проницаемость;

l – длина;

S – сечение.

Очень часто магнитная проницаемость такой катушки используется как переменный параметр.

μ =( μ₀ μ_s)/(1+( δ/S) μ_s)

μ₀ - магнитная проницаемость вакуума;

μ_S - магнитная проницаемость среды;

δ – ф-ция какого-либо измеряемого параметра

δ = f(П)

1. l = var

Для измерений перемещений, длин, размеров.

2. δ = f(П)

Для измерений давлений, скоростей.

L = f(δ)

3. L = f(М) магнитная связь

Могут измеряться угловые перемещения.

4. Такая же сис-ма может применяться и для лин. угловых перемещений.

Использ. для измерений неоднородности поверхности, температур, давлений.

5. трансформаторные индуктивные датчики.

n=U₁/U₂

Коф-т трансформации может меняться в зависимости от типа сердечника (магнитопровода); положения втор.обмотки.