26.Фотоэлектрические преобразователи. Классификация, функциональные возможности.

Относятся к типу радиоционных преобразователей, использ светочувствительные преобразователи лучистой энергии в электрическую. Светочувствительный элемент – это электровакуумный, полупроводник или другой электронный прибор, электрические свойства которого изменяются под действием падающего на него светового потока. В практике автоматич контроля применяются 3 вида светочувствит элементов:

1. Электровакуумные (с внешним фотоэффектом)

2. Фоторезисторы (с внутренним фотоэффектом)

3. Фотогальванические 9вентельные с запирающим слоем)

Механизм внешнего фотоэффекта заключ: под действ падающего светового излучения с поверхности фотоэлесмента разных направлениях вылет электроны. Для возникновения необходимо соблюдать

h×f_c =Э₁+Э₂+Э₃

Э1 – энергия ионизации атома вещества (катода фотоэлемента)

Э2 – энергия для преодаления сил связи электрона с веществом катода

Э3 – кинетическая энергия вылетевшего электрона

На этом эффекте основана работа электровакуумных фотоэлементов

Промышленность выпускает их с различными фотокатодами. Спектральная область работы нескольно смешена в сторону более коротких волн. Болоны таких элементов заполняются энертным газом под низким давлением. Такие фотоэлементы имеют повыш чувств за счет ионизазии газа. Большими возможности – элементы со вторичными эмиторам – фотоэлектронные умножители. Чувствительность их опред колвом эммиторв.

Достоинство:

1. Большое дифференциальное сопротивление

2. Световые хар-ки прямолинейны

3. Высокая чувствительность

4. Малая инерционность (10-6, 10-9 сек – пост времени)

Недостатки:

1. Значительные габариты и масса

2. Небольшой срок службы

3. Не работает при больших ускорениях и тряске, т.к. возникает «микрофонный» эффект

4. Избирательная чувствительность (в узком диапазоне спектра высокая чувствительность)

5. Чувствительны к температурным изменениям и электромагнитным полям

6. Требуют аккуратного обращения в процессе эксплуатации

Механизм внутреннего фотоэффекта, заключ в следующем. Энергия поглащенного фротона передается электрону. Коонцентроция свободных электронов в П/п при комнатной температуре, значительно меньше чем в проводниках, а число появляющихся под действием света элетронов велико. Эсли п/п затемнен, то кол-во темновых электронов мало. При освещении п/п в свободной зоне появляется новое большое число фотоэлетронов и элетропровод увелич. При непрерывнов освещении появляются все новые элетроны и наступает равновесие между числом возникающих и рекомбинир электронов. Но этом основана работа фоторезисторов. Внутренний фотоэффект наблюдается не во всех п/п материалов. Для изготовления использ наиболее светочувствит из них – сульфид кадмия CdS (ФСК), сернистый свиней PbS (ФСА) и ряд других.

Обозначаются

На метал подложке 1 нанесен светочувств слой 2. К нему прикреплены элетроды 3 и 4. Подключ к блоку питания. В цепь включ показ прибор 5. Освещать необход всю зону между электродами. Поэтому в корпусе выполняется окно прямоугольной формы, засвеченное, для чего существует специальное устройство – осветитель.

Если фоторезистор не освещен, то его сопротивление велико Rт. При освещении Rсв. Диапозон отношения Rт/Rсв = 1,2…200000 – передаточн отношение.

Достоинство:

1. Высокая чувствительность в широкой области спектра

2. Световые и темновые ВАХ линейны в больших пределах. Нелинейность при напряжении питания U<2В

3. Могут работать как непосредственно с измерит устройствами так и с элетронными схемами.

4. Хорошо работают при вибрациях, динимич нагрузках, высок давлении 0,05 мм рт ст. Негермертизируемые могут использоваться при влажности до 80%.

5. Высокая стабильность хар-тик

6. Простота конструкции, большой срок службы

7. Небольшие габариты и масса

Недостатки:

1. Некоторая инерционность 10^-4..10-6

2. С увеличиение тем-ты у некоторых типов световой ток умешьшается, а темновой увелич, что неготивно сказывается на работе электрич приборов

При длительной эксплуатации – наблюдается старение, т.е. ухудшаются ВАХ-ки.

Фотогальванические

Преобразуют световой поток в электрическую энергию .Их так же можно перевести в режим, при котором они будут потреблять эл. Энергию – они будут выступать в роли сопротивления. Вентельный фотоэффект сопровождается возникновением ЭДС и позволяет непосредственно преобразовать световую энергию в электрическую. В настоящее время применяются меднозакисные, сернисторебряные и др вентельные фотоэлементы.

Обозначение

1 и 3 – медные электроды, причем 1-ый полупрозрачный

2 – попупроводник

В процессе изготовления фотэлемента создается запирающий слой 4 обладающ вентельными свойствами. Он может быть локолизован либо в районе подложки либо в районе полупрозрачного элетрода либо внутри п/п-ка. ФЭ помещают в плостмассовый корпус. При освещении ачинает протикать ток, вызванный вентельной ЭДС.

Достоинтва:

1. Световые хар-ки линейны

2. Высокая интегральная чувствительность

3. Малоинерционны (10^-5..10^-7)

4. Высокая стабильность параметров и долговечность

5. Незначительные гарабиты и масса

Недостатки:

1. Зависимость фототока от светового потока нелинейна

Очень чувствительна к изменению температуры