4.1.3. Фотоэлементы и термодатчики

Номенклатура доступных любителю фотоэлементов сегодня включает как «медленные» селеновые элементы (в некоторых случаях они пригодны даже для обеспечения питания схем) и относительно инерционные фоторезисторы, отличающиеся высокой чувствительностью при довольно больших рабочих токах, так и германиевые и кремниевые фотодиоды, а также кремниевые фототранзисторы, которые могут обрабатывать световые сигналы более высокой частоты. Соответственно устройством, подключае­мым к фотоэлементу, может быть усилитель переменного или постоянного тока — в зависимости от типа требуемого выходного сигнала. В табл. 4.1 приведены характеристики имеющихся в продаже фотоэлементов.

Приведенные в табл. 4.1 полупроводниковые фотоприборы аналогов советского производства не имеют.

Термодатчики сравнимы с фотоэлементами, облучаемыми «постоянным» светом. Типичными термодатчиками являются термо­резисторы и p-n-переходы диодов или транзисторных цепочек. В особых случаях можно также использовать тонкую медную проволоку (табл. 4.2).

Таблица 4. 1

Основные характеристики фотоэлементов

Фотоэлемент	Пример	Область применения	Примечания
Селеновый	SeH 13X26	В качестве фотоэлемента: ток 30 мкА на нагрузке 7 кОм при освещенности 500 лкс, V, « 0,5 В В качестве резистора: наклон характе­ристики, например, около 30 мкА/В при освещенности 10000 лкс	Спектральная чувствительность от 360 до 700 нм, нижняя граничная частота — не­сколько сотен Гц
Фото-транзистор	SP201 (WF)	Коллекторный ток при падении света со­ставляет от 1 до 8 мА при освещенности 1000 лкс	Максимальная чувствительность лежит в области длин волн около 780 нм, время переключения составляет несколько мкс
Фотодиод	SP101 (WF)	В качестве резистора: ток 15 мкА при напряжении 20 В и освещенности 1000 лкс	Максимальная чувствительность около 820 нм, верхняя граничная частота 135 МГц
Фото-резистор	WK 65060 (Tesla)	Сопротивление в темноте больше 100 кОм Сопротивление при освещенности 100 лкс от 0,6 до 3,6 кОм	50 мВт, 50 В при освещении светом с дли­ной волны от 540 до 580 нм — максималь­ная чувствительность Низкая граничная частота (зависит от мате­риала, для PbS составляет несколько со­тен Гц)

4.2. Элементы индикации

Еще несколько лет назад для подачи акустических сигналов можно было использовать громкоговоритель и капсюльный микро­фон, а для подачи оптических сигналов — только лампы накали­вания. Относительно высокое потребление энергии требовало подключения лампы к сети или экономного режима работы, на­пример режима коротких вспышек при длинных паузах. Теперь появилась возможность использовать светодиоды, излучающие свет красного, зеленого и желтого цветов и имеющие малый расход энергии. С их помощью можно получать достаточно подробную цифровую информацию. Правда, из-за большого потребления энергии от сети цифровые индикаторные лампы с высотой знаков до 50 мм находят применение только в особых случаях. Важнейшим преимуществом твердотельных индикаторных элементов по сравнению с лампами накаливания является, во-пер­вых, отсутствие импульса тока, так опасного при включении этих ламп (рис. 4.6). Второе преимущество видно не сразу, но особенно сказывается при батарейном питании. Так, никелево-кадмиевые аккумуляторы благодаря переходной характеристике диодов защищаются от недопустимо большого разряда: чем ниже ра­бочее напряжение, тем меньше ток, в области перегиба характе­ристики он падает на несколько порядков (рис. 4.7). Кроме того, различие пороговых напряжений диодов VQA13, VQA23 и VQA33, дающих красное, зеленое и желтое свечение, позволяет также индицировать три разных значения напряжения (рис. 4.8).

Рис. 4.6. Зависимость сопротив­ления лампы накаливания от ее про­грева (выраженного в изменении при­ложенного напряжения)

Рис. 4.7. Изменение тока свето-диода в зависимости от приложенного напряжения (не забывать об установке ограничивающего развязывающего ре­зистора)

По схеме на рис. 4.8 светодиоды красного свечения могут быть типов АЛ102А, АЛ102Б, АЛ102Г, АЛ307А, АЛ307Б. Светодиоды желтого свечения могут быть КЛ101А, КЛ101Б, КЛ101В. Зеленый цвет свечения имеют свето­диоды АЛ 102В, АЛ102Д, АЛ307В, АЛ307Г. Кроме того, среди отечественных светодиодов имеется такой прибор, который может менять цвет свечения от яркого красного до зеленого, проходя через желтое и оранжевое, в зависимо­сти от значения прямого тока, проходящего через него. Таким прибором являет­ся светодиод АЛС331А. Он выпускается с красным и зеленым светофильтром. При изменении силы тока через светодиод в пределах от нуля до 20 мА, на­пример, путем регулирования сопротивления токоограничительного резистора, включаемого последовательно с источником тока, можно управлять цветом све­чения, от красного к зеленому или, наоборот, от зеленого к красному, что за­висит от цвета светофильтра.

Таблица 4.2

Основные характеристики термодатчиков

Термодатчик	Реакция на изменение температуры	Примечание
Проводник (напри­мер, медь)	Сопротивление изменяется примерно линейно на 4%/К	Температурный коэффици­ент положителен
Термоэлемент (на­пример, медь-конс-тантан)	Термонапряжение изменяется примерно линейно на 40 мкВ/К
р-n -переход	Напряжение изменяется при­мерно линейно на 2...3 мВ/К, основное значение при ком­натной температуре состав­ляет около 0,6 В	Температурный коэффи­циент отрицателен, мал Требуемый ток в прямом направлении равен не­скольким сотням мкА
Поликристаллы, по­лупроводники	Сопротивление изменяется экспоненциально, при комнат­ных температурах оно состав­ляет 1 ... 5%/К	Температурный коэффи­циент отрицателен Предельная нагрузка без учета потерь на нагрев равна 0,5 мВт

Таблица 4.3

Основные характеристики индикаторов

Индикатор	Потребляемая мощность	Примечание
Громкоговоритель	5 ... 10 мВт у малогаба­ритных индикаторов	RL составляет от 4 до 15 Ом, при использовании трансля­тора может быть увеличено до любого значения
Микротелефон	Меньше 5 мВт при исполь­зовании собственного ре­зонанса	RL составляет от 50 до 400 (2000) Ом
Лампа накаливания	Не менее 100 мВт, в боль­шинстве случаев около 300 мВт	Напряжение не менее 1,8 В (обратить внимание на боль­шой ток при включении — до 10-кратного значения тока в прогретом состоянии)
Светодиод	Излучение хорошо видно уже при 10 мВт, предель­ная мощность около 50 мВт	UD составляет от 1,8 до 2,5 В в зависимости от цвета и тока. Хорошо согласуется с развя­зывающим резистором

Рис. 4.8. Диоды, излучающие свет различной частоты:

а — изменение тока в зависимости от напряжения; б — практическая схема (при уменьшении напряжения светодиоды прекращают свечение в ука­занной последовательности)

Рис. 4.9. Представление букв на цифровом индикаторе в семисегментном коде (представление букв т и w возможно только при повороте индикатора на 90°)

Однозначная сигнализация о наступлении определенных со­бытий с помощью единого сигнального блока возможна с помощью малогабаритных экономичных цифровых индикаторов VQB 37 или больших, видимых в широком поле зрения, индикаторов VQB 71. На рис. 4.9 видно, что кроме цифр от 0 до 9 цифровой индикатор позволяет представить в семисегментном коде почти весь алфавит — частично большими, частично малыми буквами. Сегменты этого индикатора подключены через резисторы к схеме подачи сигналов. Для отображения сигнала эта схема подает на сегменты напряжение не менее 3 В при минимальном токе от 1 до 5 мА в зависимости от освещенности и типа индикатора. Для экономии энергии эти индикаторы могут быть выполнены мигаю­щими с помощью, например, описанного ниже мультивибратора с дополнительной симметрией. Основные характеристики индика­торов приведены в табл. 4.3.