Вольт-амперною характеристикою називають залежність фотоструму від напруги за незмінної освітленості.

Світлові характеристики фотоелементів за виключенням вакуумних нелінійні, що необхідно враховувати при розрахунку вимірювальних схем з датчиками. Характерною особливістю напівпровідникових фото-елементів є наявність теневого струму Iт, зумовленого кінцевою величиною опору елемента за відсутності освітленості.

Чутливість оптичних датчиків поділяють на інтегральну, питому та спектральну.

Інтегральна чутливість (мкА/лм) чисельно дорівнює силі фотоструму, що протікає крізь датчик під дією одиниці світлового потоку, нерозкладеного у спектр: , де та - фотострум та світловий потік відповідно.

Питома чутливість (мкА/лм·В) є відношенням фотоструму до світлового потоку при напрузі 1В: , де U – напруга, прикладена до фотоелементу. Максимальну чутливість визначають як добуток питомої на максимальну різницю потенціалів.

Залежність чутливості фотоелемента від довжини хвилі світлового потоку називають спектральною характеристикою, а коефіцієнт чутли-вості, знайдений для певної довжини хвилі – спектральна чутливість.

Прикладом використання фотоелектронного приладу у якості датчика освітленості є фотореле типу ФР-2, яке встановлюють на комплектних трансформаторних підстанціях 10/0,4кВ для керування вуличним освітленням. У залежності від величини освітленості фотореле вмикає або вимикає освітлювальні установки. Датчиком у реле є фоторезистор ФСК-Г1, який має теневий опір 3,3 МОм, а при освітленні 200 лк – тільки 3,3 кОм. Фотореле складається з електронного ключа, керуємого фоторезистором та випрямляча напруги живлення. Електронний ключ представляє собою фотореле з підсилювачем струму на транзисторах VT1, VT2. Колекторним навантаженням транзистора VT2 є проміжне електромагнітне реле КV (рис.4). Фоторезистор Фр R1 та R2 утворюють поділювач напруги, з якого на базу транзистора VT1 подається напруга зміщення. За нормальної освітленості, коли опір фоторезистора малий, транзистор VT1 відкритий, а транзистор VT2 закритий. Котушка реле КV при цьому обезструмлена, а контакти реле КV1.1, КV1.2 розімкнені. При зменшенні освітленості опір фоторезистора зростає, від’ємна за знаком напруга на базі транзистора VT1 зменшується, транзистор VT1 закривається, а транзистор VT2 відкривається, реле КV спрацьовує та замикає контакти КV1.1, КV1.2, через які вмикається освітлення.

Рис.2. Світлові характеристики: а) фоторезистора; б) вакуумних фотоелементів; в) фотодіода; г) фототранзистора; д) - фототиристора

Рис.3. Вольт-амперні характеристики : а) фоторезистора; б) фотоелемента; в) фотодіода; г) фототранзистора; д) фототиристора

Рис.4. Схема електрична принципова фотореле :

- резистори R1 – ФСД-Г1; R2 – 10 кОм ; R3 – 56 кОм ; R4 – 30 Ом;

• транзистори VT1, VT2 – МП-25А;

• діоди VD1 – Д816В; VD2, VD3 – Д226В;

• реле KV – МКУ-48;

• конденсатори C1 – 30мкФ 160В ; C2 – 4мкФ 600В;

• тумблер SA.

Рис.5. Схема дослідження фотодатчиків

Порядок виконання роботи

1. Ознайомитися з інструкцією до виконання роботи, теоретичними матеріалами по вивченню фотодатчиків, підготувати звіт до фіксації результатів досліджень .

2. Підготувати робоче місце до виконання роботи, зібрати схему досліджень (рис.5).

3. Отримавши дозвіл керівника робіт, включити живлення схеми досліджень .

4.Зняти вольт-амперну характеристику (ВАХ) вакуумного фотоелементу Iф=f(Uф) при Е=const. Освітленість змінюється шляхом зміни величини напруги живлення, яка подається на лампу розжарювання через ЛАТР, а величина освітленості вимірюється люксметром. Напруга живлення на фотоелементі змінюється за допомогою потенціометра RP1. Результати досліджень занести в таблицю.

5. Зняти світлову характеристику фотоелементу Iф=f(E) при U=const. Дані занести в таблицю .

6.Визначити опір фотоелементу в залежності від світлового фото потоку Rф=f (E) при U=const.

7. Аналогічно зняти характеристики фоторезистора. Дані досліджень занести в таблицю .

8. Закінчивши виконання роботи,вимкнути живлення стенду, повернути всі органи керування обладнання у вихідне положення .

Таблиця

Результати дослідження фотодатчиків - вакуумного фотоелемента та напівпровідникового фоторезистора

Вольт-амперна характеристика			Світлова характеристика
U,В	Е1, 250 лк	Е2, 250 лк	Е,лк	U1=5В		U2=10В
	І1, mkA	І2, mkA		І1, mkA	R1, kОm	І2, mkA	R2, kОm
Вакуумний фотоелемент
0			0		-		-
1			500
5			1000
10			1500
15			2000
20			2500
25
30
Вольт-амперна характеристика			Світлова характеристика
U*,В	Е*1, 1250 лк	Е*2, 2500 лк	Е*, лк	U*1=15В		U*2=30В
	І*1, mA	І*2, mA		І*1, mA	R*1, kОm	І*2, mA	R*2, kОm
Напівпровідниковий фоторезистор
0			0		-		-
5			500
10			1000
15			1500
20			2000
25			2500
30

Контрольні питання:

1.Поясніть принцип дії фотодатчиків .

2.Вкажіть переваги та недоліки фоторезисторів порівняно з вакуумними фотоелементами.

3.Як визначити чуттєвість фотодатчика ? Наведіть приклад.

4.Яке використання фотодатчиків у схемах автоматики та автоматизації? Наведіть приклади .

5.Як зрозуміти "теневий" чи "світловий" струм фотодатчика ?

6.З якою метою та яким газом наповнюють фотоелементи ?

7.Поясніть принцип роботи фотодіода у фотоперетворювальному та фотогенераторному режимах .

8.З чим пов’язані переваги та недоліки фототиристора порівняно з фототріодом ( фототранзистором )?

9.Поясніть світлові та вольтамперні характеристики фотодатчиків .

10.Поясніть принцип роботи фотореле (рисунок 5).

11.Поясніть будову,принцип дії,використання оптронів .

12.Як змінюється опір досліджуємих датчиків від зміни світлового фотопотоку?

Література: [ 2 ] , c 95…132, [ 3 ] , c 63…78.

Завдання на самостійну роботу: зробити необхідні розрахунку,оформити звіт,вивчити теорію з літературних джерел.