Какие фотоэлементы используются в цепи переменного тока вакуумные полупроводниковые

Вакуумные фотоэлементы

Они выполняются в виде сферических, стеклянных баллонов. На внутреннюю поверхность, которых наносится слой фоточувствительного материала, который образует фотокатод. И представить это можно так:

При образовании светового потока в ток, в вакуумных фотоэлементах практически безынерционно. Так как определяется в основном временем фотоэмисии (10 -12 секунды) и временем пролёта электронов (10 -9 секунды). При измерении слабых световых потоков необходимо учитывать ток, текущий через фотоэлемент, когда он затемнён. Чувствительность вакуумных фотоэлементов лежит в диапазоне 10-100 микроАмпер/Люмен.

Газонаполненные элементы

Они позволяют получать токи в несколько раз большие по сравнению с токами от вакуумных фотоэлементов. При заполнении фотоэлемента инертными газами(аргон, гелий), фотоэлектроны движутся к аноду и сталкиваются при движении с молекулами газа и тем самым ионизируют их. В результате от катода к аноду движутся нарастающая лавина электронов, а к катоду лавина положительно заряженных ионов. Отношение величины тока усиленного за счёт ионизации к величине первичного фототока называется коэффициентом газового усиления и который может достигать величины 6-7 раз. Соответственно этому чувствительность газовых фотоэлементов составляет от 100-250 микроАмпер/люмен. По сколько максимальная амплитуда фототока достигает лишь через некоторое время после начала освещения, то эти фотоэлементы применяются для регистрации световых потоков с частотами не выше нескольких сотен Герц.

Фотоумножители

В фотоумножителях для усиления первичного фототока используется вторичная электронная эмиссия.

Для этого фотоумножителя помимо фотокатода и анода вводятся вторичные катоды называют их эмиттеры и системы фокусировки электронного пучка. Коэффициент вторичной эмиссии может достигать 2-4, а общий коэффициент усиления в многокаскадных фотоумножителях достигает 100 тысяч. В результате выходной ток фотоумножителей достигает одного миллиАмпера. Явление вторичной электронной эмиссии практически без инерционно и поэтому фотоумножителей как и вакуумные фотоэлементы могут использоваться для регистрации весьма быстро протекающих процессов.

Фоторезисторы

Фоторезисторы представляют собой однородную полупроводниковую пластину с контактами, которая при освещении уменьшает своё сопротивление в результате внутреннего фотоэффекта. Спектральные характеристики фоторезисторов определяются свойствами используемых полупроводниковых материалов. ВольтАмперные характеристики это световой ток от напряжения:

Фоторезисторы линейны в пределах допустимых мощностей рассеяния. Световая характеристика это ток от величины потока:

Световая характеристика линейна только при малых уровнях светового потока. Практически до освещённости 200-300 Люксов. Постоянная времени фоторезисторов составляет 10 -2 -10 -5 секунды. Порог чувствительности фоторезисторов определяются дрейфом темнового сопротивления и шумами различных видов. Характеристики фоторезисторов (темновое сопротивление, чувствительность, инерционность) сильно зависят от температуры. Так темновое сопротивление и чувствительность с ростом температуры уменьшаются, а постоянная времени увеличивается. Измерительные цепи фоторезисторов строятся с использованием как постоянного, так и переменного напряжения питания. Наиболее распространённой измерительной цепью является мостовая схема. Пример, который приведён на следующем рисунке:

Здесь 1 и 2 это фоторезистора, 3 усилитель, а Е источник питания. U пропорционально отношению проводимостей двух фоторезисторов этого преобразователя.

Фотоэлементы

Электровакуумные фотоэлементы , основанные на фотоэлектронной эмиссии, бывают двух типов: электронные (вакуумные) и ионные (газовые).

В электронных фотоэлементах анодный ток образуется электронами, эмиттируемыми из катода под воздействием лучистого потока. В ионных фотоэлементах, наполненных газом (неоном, гелием или аргоном), при высоком напряжении между анодом и катодом фотоэлектронная эмиссия создается не только электронами, вылетевшими из катода, но также электронами и ионами, появившимися в результате ионизации газа.

Устройство простейших электронных фотоэлементов показано на рис. 62 . В стеклянном баллоне, из которого выкачан воздух, размещены фотокатод и анод. Катодом обычно служит тонкий металлический светочувствительный слой, нанесенный непосредственно на внутреннюю поверхность стеклянного баллона. Иногда катод выполняют в виде специального электрода (пластинка из никеля).

Рис. 62. Устройство вакуумных фотоэлементов

Анод выполнен в форме стержня, кольца или рамки для того, чтобы он не препятствовал попаданию света на катод, и обычно имеет вывод в нижнюю часть цоколя. У некоторых фотоэлементов бывает дополнительный «ложный» анод, который необходим в приборах, предназначенных для работы в мостовых схемах.

При изготовлении газовых фотоэлементов баллон после откачки воздуха наполняют инертным газом (аргоном) при давлении порядка сотых или даже тысячных долей миллиметра ртутного столба.

В качестве материала для фотокатода используются щелочные и щелочноземельные металлы. Они обеспечивают большую фотоэлектронную эмиссию, так как работа выхода их мала по сравнению с другими металлами. Наиболее распространенным является кислородноцезиевый фотокатод. Сурьмяноцезиевые фотокатоды применяются только в вакуумных фотоэлементах.

Одной из основных характеристик фотоэлемента является световая характеристика, представляющая собой зависимость фототока от светового потока при постоянном анодном напряжении, т. е. I ф =φ(Ф) при U а = const. Используется также и вольт-амперная характеристика, устанавливающая связь между фототоком и анодным напряжением при постоянном световом потоке, т. е. I ф = φ (U а ) при Ф = const.

Схема, применяемая для снятия характеристик фотоэлемента, приведена на рис. 63, а . Источник постоянного напряжения Е а = 150÷200 в включается в анодную цепь фотоэлемента через потенциометр П. При освещении фотокатода световым потоком появляется фототок, а следовательно, и напряжение на сопротивлении нагрузки R н .

Рис. 63. Характеристики фотоэлементов и схема для их снятия: а — схема; б — световая характеристика; в — вольт-амперная характеристика.

Световые характеристики снимают при постоянном анодном напряжении, а величину светового потока изменяют, например, путем изменения расстояния между источником света и фотоэлементом. При снятии световых характеристик фотокатод обычно освещают белым светом. При этом световой поток измеряется в люменах, а фототок — в микроамперах.

На рис. 63, б приведены световые характеристики вакуумных фотоэлементов с кислородноцезиевыми фотокатодами. Пунктиром показаны характеристики подобного же фотоэлемента, но с сурьмяноцезиевым катодом. Эти характеристики линейны. Угол наклона световой характеристики — ее крутизна — является основным параметром фотоэлемента, который определяет его чувствительность. Чувствительность вакуумных фотоэлементов мала и составляет 15—20 мка/лм.

Газонаполненные фотоэлементы обладают большей чувствительностью. Линейность их световых характеристик, как видно из рис. 63, б , наблюдается только при малых световых потоках или при незначительной величине анодных напряжений. При высоких анодных напряжениях электроны ионизируют атомы газа, находящегося внутри баллона, и поэтому ток газонаполненного фотоэлемента определяется уже не только электронами, вылетевшими из катода, но также и электронами и ионами, образовавшимися в процессе ионизации газа. Поэтому ионные фотоэлементы имеют чувствительность, доходящую до 150—200 мка/лм и обладают значительным коэффициентом усиления по току, представляющим отношение анодного тока фотоэлемента к току фотокатода.

Из приведенных графиков можно заключить, что все световые характеристики проходят через начало координат, т. е. при световом потоке, равном нулю, фототок отсутствует. В действительности же в цепи включенного фотоэлемента при отсутствии светового потока имеет место некоторый, так называемый темновой ток. Он образуется за счет термоэлектронной эмиссии с поверхности катода и за счет тока утечки по конструктивным элементам прибора. Хотя темновой ток невелик (порядка сотых долей микроампера), однако его надо учитывать, когда фотоэлемент работает в схеме с малыми световыми потоками.

Вольт-амперные характеристики вакуумных и газонаполненных фотоэлементов представлены на рис. 63, в .

У вакуумных фотоэлементов с увеличением анодного напряжения (кривая 1) анодный ток возрастает до некоторой предельной величины, определяемой током насыщения: в режиме насыщения все электроны, вылетевшие из фотокатода, попадают на анод. Чем больше световой поток, тем больше ток насыщения и тем при большем напряжении на аноде оно наступает.

Газонаполненные фотоэлементы, вольт-амперные характеристики которых иллюстрируются кривыми 2, насыщения не имеют. Величина фототока у этих приборов зависит как от светового потока, так и от напряжения на аноде. При анодном напряжении около 300 в наступает самостоятельный газовый разряд, сопровождающийся резким изменением (увеличением) величины фототока и быстрым разрушением фотокатода. Поэтому ионные фотоэлементы работают при анодных напряжениях не более 200—220 в. Чем больше световой поток, тем при меньшем значении U а появляется фототок.

Вторым важным параметром фотоэлемента является его спектральная чувствительность, характеризующая изменение чувствительности фотоэлемента при изменении длины волны света, падающего на катод. Кислородноцезиевый фотокатод обладает наибольшей чувствительностью в области красной части спектра, сурьмяноцезиевый катод — в диапазоне волн порядка 0,4—0,5 ж/с, т. е. в области голубого и зеленого лучей спектра; на красную часть спектра он почти не реагирует.

Спектральная чувствительность газонаполненных фотоэлементов характеризует зависимость чувствительности от частоты изменения светового потока. При быстрых его изменениях (с частотой выше 500 гц) наблюдается снижение чувствительности фотоэлемента, так как в момент газового разряда процесс нарастающей ионизации происходит в течение некоторого времени. Поэтому, когда световой поток изменяется очень быстро, фототок не успевает возрастать до величины, соответствующей установившемуся режиму.
Инерционность является большим недостатком фотоэлементов и часто ограничивает возможность их использования.

Другим недостатком этих приборов является утомляемость, под которой понимают потерю чувствительности при длительном освещении фотоэлементов. Утомляемость зависит от типа фотокатода, от величины светового потока и продолжительности освещения. Так, например, кислородноцезиевые фотокатоды, имеющие при малых световых потоках высокую чувствительность, с увеличением освещенности постепенно теряют ее. Это объясняется сравнительно медленным приходом электронов с внутренних слоев фотокатода на наружный слой, обедненный электронами. Хотя после «отдыха» такой фотокатод и восстанавливает свою чувствительность, но не полностью, вследствие необратимых ее потерь в процессе работы. Так, у кислородноцезиевых фотоэлементов после 50—60 часов работы чувствительность падает до 70% первоначального значения.

Сурьмяноцезиевый фотоэлемент в течение полного срока службы (около 4000 часов) теряет чувствительность всего лишь до 60%. Это является большим достоинством фотоэлементов с сурьмяноцезиевым катодом.

В цепях переменного тока могут использоваться различные фотоэлементы, включая вакуумные…

В цепях переменного тока могут использоваться различные фотоэлементы, включая вакуумные и полупроводниковые.

Вакуумные фотоэлементы используются обычно в специализированных приборах и системах связи. Они работают на основе эффекта фотоэлектрического воздействия на катод, который испускает электроны, когда на него падает свет. Эти электроны затем ускоряются к аноду, создавая электрический ток.

Полупроводниковые фотоэлементы, такие как фотодиоды и фототранзисторы, являются более распространенными в приборах и системах электроники. Они работают на основе свойства полупроводников изменять свою проводимость при воздействии света. Когда на полупроводниковый элемент падает свет, количество носителей заряда в нем увеличивается, что приводит к изменению его электрических свойств и, соответственно, к появлению электрического тока в цепи.

Какие фотоэлементы используются в цепи переменного тока вакуумные полупроводниковые

Электровакуумные фотоэлементы , основанные на фотоэлектронной эмиссии, бывают двух типов: электронные (вакуумные) и ионные (газовые).

В электронных фотоэлементах анодный ток образуется электронами, эмиттируемыми из катода под воздействием лучистого потока. В ионных фотоэлементах, наполненных газом (неоном, гелием или аргоном), при высоком напряжении между анодом и катодом фотоэлектронная эмиссия создается не только электронами, вылетевшими из катода, но также электронами и ионами, появившимися в результате ионизации газа.

Устройство простейших электронных фотоэлементов показано на рис. 62 . В стеклянном баллоне, из которого выкачан воздух, размещены фотокатод и анод. Катодом обычно служит тонкий металлический светочувствительный слой, нанесенный непосредственно на внутреннюю поверхность стеклянного баллона. Иногда катод выполняют в виде специального электрода (пластинка из никеля).

Рис. 62. Устройство вакуумных фотоэлементов

Анод выполнен в форме стержня, кольца или рамки для того, чтобы он не препятствовал попаданию света на катод, и обычно имеет вывод в нижнюю часть цоколя. У некоторых фотоэлементов бывает дополнительный «ложный» анод, который необходим в приборах, предназначенных для работы в мостовых схемах.

При изготовлении газовых фотоэлементов баллон после откачки воздуха наполняют инертным газом (аргоном) при давлении порядка сотых или даже тысячных долей миллиметра ртутного столба.

В качестве материала для фотокатода используются щелочные и щелочноземельные металлы. Они обеспечивают большую фотоэлектронную эмиссию, так как работа выхода их мала по сравнению с другими металлами. Наиболее распространенным является кислородноцезиевый фотокатод. Сурьмяноцезиевые фотокатоды применяются только в вакуумных фотоэлементах.

Одной из основных характеристик фотоэлемента является световая характеристика, представляющая собой зависимость фототока от светового потока при постоянном анодном напряжении, т. е. I ф =φ(Ф) при U а = const. Используется также и вольт-амперная характеристика, устанавливающая связь между фототоком и анодным напряжением при постоянном световом потоке, т. е. I ф = φ (U а ) при Ф = const.

Схема, применяемая для снятия характеристик фотоэлемента, приведена на рис. 63, а . Источник постоянного напряжения Е а = 150÷200 в включается в анодную цепь фотоэлемента через потенциометр П. При освещении фотокатода световым потоком появляется фототок, а следовательно, и напряжение на сопротивлении нагрузки R н .

Рис. 63. Характеристики фотоэлементов и схема для их снятия: а — схема; б — световая характеристика; в — вольт-амперная характеристика.

Световые характеристики снимают при постоянном анодном напряжении, а величину светового потока изменяют, например, путем изменения расстояния между источником света и фотоэлементом. При снятии световых характеристик фотокатод обычно освещают белым светом. При этом световой поток измеряется в люменах, а фототок — в микроамперах.

На рис. 63, б приведены световые характеристики вакуумных фотоэлементов с кислородноцезиевыми фотокатодами. Пунктиром показаны характеристики подобного же фотоэлемента, но с сурьмяноцезиевым катодом. Эти характеристики линейны. Угол наклона световой характеристики — ее крутизна — является основным параметром фотоэлемента, который определяет его чувствительность. Чувствительность вакуумных фотоэлементов мала и составляет 15—20 мка/лм.

Газонаполненные фотоэлементы обладают большей чувствительностью. Линейность их световых характеристик, как видно из рис. 63, б , наблюдается только при малых световых потоках или при незначительной величине анодных напряжений. При высоких анодных напряжениях электроны ионизируют атомы газа, находящегося внутри баллона, и поэтому ток газонаполненного фотоэлемента определяется уже не только электронами, вылетевшими из катода, но также и электронами и ионами, образовавшимися в процессе ионизации газа. Поэтому ионные фотоэлементы имеют чувствительность, доходящую до 150—200 мка/лм и обладают значительным коэффициентом усиления по току, представляющим отношение анодного тока фотоэлемента к току фотокатода.

Из приведенных графиков можно заключить, что все световые характеристики проходят через начало координат, т. е. при световом потоке, равном нулю, фототок отсутствует. В действительности же в цепи включенного фотоэлемента при отсутствии светового потока имеет место некоторый, так называемый темновой ток. Он образуется за счет термоэлектронной эмиссии с поверхности катода и за счет тока утечки по конструктивным элементам прибора. Хотя темновой ток невелик (порядка сотых долей микроампера), однако его надо учитывать, когда фотоэлемент работает в схеме с малыми световыми потоками.

Вольт-амперные характеристики вакуумных и газонаполненных фотоэлементов представлены на рис. 63, в .

У вакуумных фотоэлементов с увеличением анодного напряжения (кривая 1) анодный ток возрастает до некоторой предельной величины, определяемой током насыщения: в режиме насыщения все электроны, вылетевшие из фотокатода, попадают на анод. Чем больше световой поток, тем больше ток насыщения и тем при большем напряжении на аноде оно наступает.

Газонаполненные фотоэлементы, вольт-амперные характеристики которых иллюстрируются кривыми 2, насыщения не имеют. Величина фототока у этих приборов зависит как от светового потока, так и от напряжения на аноде. При анодном напряжении около 300 в наступает самостоятельный газовый разряд, сопровождающийся резким изменением (увеличением) величины фототока и быстрым разрушением фотокатода. Поэтому ионные фотоэлементы работают при анодных напряжениях не более 200—220 в. Чем больше световой поток, тем при меньшем значении U а появляется фототок.

Вторым важным параметром фотоэлемента является его спектральная чувствительность, характеризующая изменение чувствительности фотоэлемента при изменении длины волны света, падающего на катод. Кислородноцезиевый фотокатод обладает наибольшей чувствительностью в области красной части спектра, сурьмяноцезиевый катод — в диапазоне волн порядка 0,4—0,5 ж/с, т. е. в области голубого и зеленого лучей спектра; на красную часть спектра он почти не реагирует.

Спектральная чувствительность газонаполненных фотоэлементов характеризует зависимость чувствительности от частоты изменения светового потока. При быстрых его изменениях (с частотой выше 500 гц) наблюдается снижение чувствительности фотоэлемента, так как в момент газового разряда процесс нарастающей ионизации происходит в течение некоторого времени. Поэтому, когда световой поток изменяется очень быстро, фототок не успевает возрастать до величины, соответствующей установившемуся режиму.
Инерционность является большим недостатком фотоэлементов и часто ограничивает возможность их использования.

Другим недостатком этих приборов является утомляемость, под которой понимают потерю чувствительности при длительном освещении фотоэлементов. Утомляемость зависит от типа фотокатода, от величины светового потока и продолжительности освещения. Так, например, кислородноцезиевые фотокатоды, имеющие при малых световых потоках высокую чувствительность, с увеличением освещенности постепенно теряют ее. Это объясняется сравнительно медленным приходом электронов с внутренних слоев фотокатода на наружный слой, обедненный электронами. Хотя после «отдыха» такой фотокатод и восстанавливает свою чувствительность, но не полностью, вследствие необратимых ее потерь в процессе работы. Так, у кислородноцезиевых фотоэлементов после 50—60 часов работы чувствительность падает до 70% первоначального значения.

Сурьмяноцезиевый фотоэлемент в течение полного срока службы (около 4000 часов) теряет чувствительность всего лишь до 60%. Это является большим достоинством фотоэлементов с сурьмяноцезиевым катодом.

Вентильный фотоэлемент Советский патент 1945 года по МПК H01L31/02

называются по­лупроводниковые приборы, электрическое сопротив­ление которых изменяется под действием светового потока. Принцип действия фоторезисторов основан на использовании явления внутреннего фотоэффекта. Сущность его состоит в том, что под действием световой энергии в полупроводнике возникают допол­нительные носители заряда — электроны и дырки, т. е. образуется дополнительная проводимость, назы­ваемая фотопроводимостью полупроводника. Сопро­тивление полупроводника при этом уменьшается. Для получения свободных электронов внутри полупровод­ника требуется меньшая энергия, чем для выбивания электронов из полупроводника. Поэтому чувствитель­ность фоторезисторов больше чувствительности ваку­умных и газонаполненных фотоэлементов.

2.Вентильные фотоэлементы. В вентильных фото­элементах световая энергия непосредственно преобра­зуется в электрическую, поэтому для них не требуется посторонних источников тока.

Принцип действия вентильного (фотогальвани­ческого) фотоэлемента основан на использовании запирающего слоя, образуемого р-n переходом.

При облучении фотоэлемента кванты света, проникая в р-n переход, увеличивают число неосновных носите­лей заряда — дырок в n — области и электронов в р — области. Дырки под действием потенциального барьера перемещаются из n — области в р — область, а электроны — наоборот. В результате на р-n переходе образуется избыток зарядов, создающих на внешних выводах фотоэлемента дополнительную разность по­тенциалов, называемую фотоэлектродвижущей силой.

При замыкании электрической цепи под действием фотоэлектродвижущей силы будет проходить элект­рический ток, которым зависит от интенсивности светового потока, падающего на фотоэлемент.

Особым типом вентильных фотоэлементов являются кремниевые, которые ис­пользуются для изготовления солнечных батарей, непосредственно преобразующих солнечную энергию в электрическую.

3. Фотодиоды. Фотодиодом

называется двухэлект-родный полупроводниковый прибор с одним элект­ронно-дырочным переходом, обратный ток которого изменяется под действием лучистой энергии и яв­ляется его рабочим током.

По своему устройству фотодиод подобен вентиль­ному фотоэлементу.

Фотодиоды могут включаться по двум схе­мам: с внешним источником электрического питания и без него. Режим работы фотодиода с внешним источником называется фото-диодным, а без источника — вентильным или фото-гальваническим,

Фотодиоды широко используются как приемники лучистой энергии в различных радиоэлектронных устройствах.

4. Фототранзисторы. Фоторезисторы и фотодиоды являются пассивными преобразователями лучистой энергии, т. е. не обладающими усилительными свойс­твами. В отличие от этих приборов фототранзистор является активным преобразователем, в нем проис­ходит не только преобразование энергии излучения, но и усиление.

Конструктивно фототранзистор представляет струк­туру плоскостного транзистора р-п-р

или
п-р-п
типа
.
Фототранзистор имеет три электрода: эмиттер, кол­лектор и базу, причем базовая область подвергается облучению потоком лучистой энергии.

Конструктивно фототранзисторы выполняются в металлическом корпусе

Фототранзисторы, как и фотодиоды, применяются в качестве приемников лучистой энергии в различных фотоэлектронных устройствах.

5. Светодиоды. Светодиодом

называют полупровод­никовый диод с одним электронно-дырочным пере­ходом, в котором происходит непосредственное пре­образование электрической энергии в энергию све­тового излучения (видимого или инфракрасного) за счет рекомбинации элек­тронов и дырок.

В обыч­ных диодах процесс реком­бинации заканчивается вы­делением энергии, которая отдается кристаллической решетке, т. е. пре- вращается в теплоту. Од­нако у полупроводников, выполненных на основе арсенида галлия, карбида кремния, при рекомбинации происходит излучение света.

Высокая надежность, большой срок службы и низкая стои­мость делают светодиоды особенно удобными в схемах современных ЭВМ (например, в схемах индикации, системах фотопамяти и др.).

Широкое применение получили не отдельные светодиоды, а матрицы светодиодов, позволяющие воспроизводить цифру или букву от А до Я, применяются в устройствах отображения информа­ции и различных табло.

6. Оптроны.Светодиоды нашли широкое применение в создании нового класса приборов, получивших название

Они состоят из источника излучения — светодиода и прием­ника излучения (фоторезистора, фотодиода, фото­транзистора), связанных оптической средой и конст­руктивно объединенных в одном корпусе.

Вход и выход оптрона электрически развязаны. Оптическая среда распространения сигнала от излу­чателя к приемнику может представлять световод, представляющий собой нить из прозрачного диэлект­рика. Световой луч поступает в торец световода, после многократного отражения от боковых стенок нити он выходит с другого конца световода.

С помощью волоконного световода можно раз­местить приемник от излучателя на значительном расстоянии, обеспечив их высокую электрическую изоляцию при сохранении помехоустойчивого уп­равления.

Оптроны применяются в быстропереключающих схемах, генераторах, для согласования высоковольт­ных и низковольтных цепей, измерений в цепях высокого напряжения, усиления и модуляции.

Оптроны являются элементной базой для нового направления электроники — оптоэлектроники

Фотоэлемент это. Фотоэлемент с внешним фотоэффектом

Фотоэлемент — электронный прибор, который преобразует энергию фотонов в электрическую энергию. Фотоэлементом называется прибор, в котором воздействие лучистой энергии оптического диапазона вызывает изменение его электрических свойств. Фотоэлементы разделяются на три типа: 1) с внешним фото-эффектом, 2) с внутренним фотоэффектом, 3) с запирающим слоем. В фотоэлементе с внешним фотоэффектом действие света вызывает выход из поверхностного слоя фотокатода электронов во внешнее пространство — в вакуум или сильно разреженный газ. Схема устройства такого фотоэлемента приведена на рис.15-а. На внутреннюю стенку стеклянной колбы 1, из которой откачан воздух, с одной стороны нанесен фотокатод 2. Широкое применение получили сурьмяно-цезиевые фотокатоды. В центре колбы вакуумного фотоэлемента укреплен металлический анод 3 в виде небольшого кольца или пластинки. Колба снабжена пластмассовым цоколем 4. В нижней части цоколя находятся контактные штырьки 5, к которым подводятся соединительные провода от фотокатода и анода. При помощи этих штырьков фотоэлемент вставляется в фотоэлементную панель. Для работы фотоэлемента к его аноду и катоду подключают источник электрической энергии — батарею. Анод соединяется с положительным зажимом, а фотокатод — с отрицательным зажимом источника электрической энергии. Под действием подведенного к электродам фотоэлемента напряжения внутри него образуется электрическое поле, и электроны, вылетающие с поверхности освещенного фотокатода, направляются на положительно заряженный анод. Эти электроны создают в цепи отношением величины фототока (в мка или зла), получаемого в цепи анода электрический ток.

Рис.15 Фотоэлемент с внешним фотоэффектом Для увеличения чувствительности фотоэлементов внутрь колбы иногда вводят небольшое количество газа, чаще всего аргона. Такие фотоэлементы называются газонаполненными. Величина чувствительности фотоэлемента различных типов колеблется от 20 до 150 мка/лм. Для практического использования фотоэлементов важное значение имеет его вольт-амперная характеристика (рис.15-б). Она выражает зависимость фототока от величины приложенного напряжения к зажимам фотоэлемента при неизменной величине светового потока, освещающего фотокатод. Внутреннее сопротивление вакуумных фотоэлементов исчисляется сотнями мегом, а газонаполненных — несколькими десятками мегом. Фотоэлементы широко используются в фотореле. Обычно фотореле представляет собой сочетание фотоэлемента и электромагнитного реле. Когда фотосопротивление затемнено, сила тока в его цепи очень мала вследствие того, что в темноте фотосопротивление обладает большим сопротивлением (107—108 ом).

Фотоэлемент – определение (понятие)э

Фотоэлемент — электронный прибор, который преобразует энергию фотонов в электрическую энергию. Первый фотоэлемент, основанный на внешнем фотоэффекте, создал Александр Столетов в конце XIX века.

Фотоэлемент — фотоэлектрический электронный прибор с внешним фотоэффектом, предназначенный для преобразования световой энергии в электрическую. В фотоэлементах используется явление фотоэлектронной эмиссии, заключающееся в том, что при попадании света от постороннего источника на катод последний начинает излучать электроны, которые затем попадают на анод с положительным потенциалом. Фотоэлементы работают только в цепях постоянного тока. Для питания фотоэлемента необходим источник тока постоянного напряжения, величина которого указывается в справочнике. На практике в большинстве случаев в цепь фотоэлемента включается нагрузочное сопротивление. В зависимости от протекающего в цепи фотоэлемента тока (зависящего от интенсивности светового потока) на нагрузочном сопротивлении падает напряжение. Это напряжение подается во внешнюю цепь для дальнейшего усиления. Свойства, параметры и характеристики фотоэлементов зависят от свойств применяемого катода. В современных фотоэлементах применяются в основном два типа катодов — кислородно-цезиевый и сурьмяно-цезиевый. Фотоэлементы выпускаются двух типов — вакуумные и газонаполненные. В вакуумных фотоэлементах ток образуется только фотоэлектронами, а в газонаполненных фотоэлектронный ток еще и усиливается за счет ионизации газа, производимой фототоком. Газонаполненные фотоэлементы обладают большей чувствительностью, чем вакуумные, но менее стабильны в работе и обладают некоторой инерционностью. Основным параметром фотоэлемента является его чувствительность, определяемая отношением величины фототока к величине светового потока, вызвавшего его. Чувствительность измеряется в мкA/лм. Фотоэлемент реагирует на интенсивность светового потока и его частоту, поэтому чувствительность его разделяется на интегральную (по интенсивности) и спектральную (по частоте). Интегральная чувствительность характеризует способность фотоэлемента реагировать на воздействие всего светового потока, содержащего световые колебания различных частот от ультрафиолетовых до инфракрасных. Спектральная чувствительность фотоэлемента характеризует его способность реагировать на световые колебания одной частоты.

Незначительные сотрясения фотоэлемента приводят к возникновению микрофонного эффекта, поэтому во всех схемах и в особенности при большом усилении фотоэлементы необходимо амортизировать. В процессе эксплуатации фотоэлементов наблюдается явление утомляемости, выражающееся в том, что в фотоэлементах, обладающих относительно большой чувствительностью при малых и очень больших световых потоках, чувствительность быстро уменьшается во времени, доходя до 25% первоначальной величины. Для устранения утомляемости фотоэлемент необходимо поместить в темноту на некоторое время, в течение которого чувствительность восстанавливается почти до 100%.

Фотоэлемент., действие которого основано на фотоэлектронной эмиссии, представляет собой (рис., а) электровакуумный прибор с 2 электродами – фотокатодом и анодом (коллектором электронов), помещенными в вакуумированную либо газонаполненную стеклянную или кварцевую колбу. Световой поток, падающий на фотокатод, вызывает фотоэлектронную эмиссию с его поверхности; при замыкании цепи Фотоэлемента в ней протекает фототок, пропорциональный световому потоку. В газонаполненных Фотоэлементах в результате ионизации газа и возникновения несамостоятельного лавинного электрического разряда в газах фототок усиливается. Наиболее распространены Ф. с сурьмяно-цезиевым и кислородно-серебряно-цезиевым фотокатодами.

Фотоэлемент, действие которого основано на внутреннем фотоэффекте, – полупроводниковый прибор с гомогенным электронно-дырочным переходом (р–n-переходом)

б), полупроводниковым гетеропереходом или контактом металл-полупроводник (см. Шотки диод). Поглощение оптического излучения в таких Ф. приводит к увеличению числа свободных носителей внутри полупроводника. Под действием электрического поля перехода (контакта) носители заряда пространственно разделяются (например, в Ф.с р–n-переходом электроны накапливаются в n-oбласти, а дырки – в р-области), в результате между слоями возникает фотоэдс; при замыкании внешней цепи Ф. через нагрузку начинает протекать электрический ток. Материалами, из которых выполняют полупроводниковые Ф., служат Se, GaAs, CdS, Ge, Si и др.

Фотоэлемент, фототок, виды фото…метров

Фотоэлемент — электронный прибор, который преобразует энергию фотонов в электрическую энергию. Преобразование энергии в ФЭП основано на фотоэлектрическом эффекте, который возникает в неоднородных полупроводниковых структурах при воздействии на них солнечного излучения.

Применение фотоэффекта

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет.