10. Способ охлаждения пи

- Испарительные или криостаты (сосуды Дьюара) возгонка углекислоты – 195к; кипение: О₂ – 90к, Н₂ – 20к, гелий 4к.

- На основе адиабатического расширения газа – эффект Джоуля – Томпсона. Сжатый до 150 – 300 атм. газ расширяясь охлаждается до температуры сжиженного газа.

- Компрессионные теплообменники, использующие прямой перенос хладагента

- Термоэлектрические (эффект Пельтье) ΔТ ~ 80⁰ С. Батареи термохолодильников.

- Лучистый теплоотвод в открытый космос (100к).

11. Фотодиоды.

Рис. 29

а) Фотодиодный режим.

П ри облучении меняется величина обратного тока.

Рис. 30

При Ф=0 I = I_Т темновой ток

U_Т = I_Т ·R

Материалы: германий, кремний, арсенид галлия, индия, фосфиды

Пример: пластинка из германия п - типа. В нее вплавляется индий. На границе образуется слой р –типа.

Рис.31

Охлаждение смещает S_max в ИК.

τ~10^-5 ÷ 10^-6с

Темновой ток сильно зависит от температуры.

Ge – при t от 20^о С до 50^о С меняется в 3-5 раз.

S i – при t от 20⁰ С до 50⁰ С меняется на 15 – 20%

Рис. 32

б) ФД p – i – п типа.

Рис. 33

Более высокая чувствительность. Более высокое быстродействие (до 10¹⁰ Гц).

i –область – высокоомный ( больше в 10⁶ раз) полупроводник собственный.

Р –п области – сильно легированный полупроводник.

П – область тонкая (2 - 4 мкм).

Электрическое поле сосредоточено в i – области ( R_i в 10⁶ раз больше, чем R_п и R_р). τ определяется временем прохода носителей через i – переход (50 -100 мкм) τ ~10^-9 С.

в) Лавинные фотодиоды.

При достаточно высоком обратном напряжении электроны, образовавшиеся при освещении, ускоряются полем и образуют дополнительные пары.

Рис. 34

Ударная ионизация р – п - перехода ЛФД работают в предпробойном режиме. Требуется высокая стабильность питания, т.к. коэффициент усиления сильно зависит от U. Si М ~ 10⁴ ÷ 10⁵; Ge ~ 10² ÷ 10³( М_max при U пробоя).

ЛФД – полупроводник аналог ФЭУ. Причем отношение сигнал / шум лучше, чем у ФЭУ.

В ЛФД используются либо широкий р - п переход, либо р – i - п переход, либо барьер Шоттки.

f_гр ~ 10¹¹ ÷ 10¹² Гц.

г) Фотогальванический режим (фотовольтаический, вентильный).

Рис. 35

Селеновые фотоэлементы ( скоррегированные под глаз). Солнечные батареи.

12. Фототранзисторы

Рис. 36

Эквивалентная схема чаще включается по схеме с оборванной базой. Коэффициент усиления 50 ÷ 200. Б – для дополнительного управления током.

Рис. 37

Есть схемы избирательные (чаще с двойным т-образным мостом – см. автоматическое смещение фоторезисторы).

13. Фототиристоры

Рис. 38

и ли

Рис. 39

14. Многоцветные ПИ

Рис.40

Коротковолновый располагают под длинноволновым. Он является фильтром, срезающим КВт часть.

Твердые растворы тройных соединений: теллурид кадмия и ртути.

III. Тепловые ПИ

В тепловых ПИ поглощение потока излучения приводит к нагреву чувствительного элемента.

Эти ПИ неселективны.

Их делают черными.

Рис. 41

λ' – определяется проницаемостью материала приемного элемента и пропусканием окна.

λ" – определяется ростом коэффициента отражения и также материалом окна.

1. Термоэлементы

Термоэлектрический эффект Зеебека.

Рис. 42

∆U_т=α_т·∆Τ

α_т – удельная термо –ЭДС [мкВ/С]

Через R_H потечет ток, который вызывает противоположный эффект Пельтье. При пропускании тока горячий слой охлаждается..

Отводимое количество теплоты:

∆Φ_т= –Π_т· i где Π_т= α_т·Τ – коэффициент Пельтье, т.е. ∆Φ_т=–α_т· Τ· i

Общая термо-ЭДС :

∆U= ∆U_т - ∆U_п

∆U_п= ∆Φ_т· α_т / σ_т , где σ_т – полная термическая проводимость спая [Вт/С]

Так:

R – сопротивление ТЭ.

Эффект Пельтье увеличивает сопротивление ТЭ на

Металлическое ТЭ: из меди, никеля, кобальта, алюминия, сурьмы и другие и их сплавов. Хромель - алгомель, хромель - копель, медь – константан, платино-платинородий. α_Т ~ 10 мкВ/К.

Полупроводниковые: сурьма, кремний, теллур, селен. α_Т на порядок выше.

Если пренебречь эффектом Пельтье, интегральная чувствительность

S_νинт.=∆U_Τ/∆Φ =α_Τ∆Τ/∆Φ ≈ α_Τ·α/σ_Τ, где α – коэффициент поглощения.

Интегральная чувствительность металлических ТЭ: - 3-5 В/Вт.

Полупроводниковых ТЭ: 30-50 В/Вт.

Оптимальное R_Н определяется из условия максимального рассеяния электрической мощности.

Из условия . Находится R_Н=R.

Обычно КПД – доли процента для металлических и проценты для п/п.

Малое R тэ – сложности согласования с электроникой ( трансформаторный вход). Большие постоянные времени ( 0,01-1 С). Термопары из микропроволоки: увеличение R и уменьшение τ.