(495)510-98-15
Меню
Главная »  Классификация электронных систем 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 [ 91 ] 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184

В любом режиме нагрузочный ток во внешней цепи фотогенератора равен разности прямого тока фотогенератора (возбуждаемого световым потоком) и встречного Тока через p-n-переход. Чем меньше нагрузочное сопротивление RH, тем меньше встречный ток, больше нагрузочный (световые характеристики рис. 4.10, в). В пределе, когда нагрузочное сопротивление уменьшается до нуля (фотогенератор коротко замкнут), внешний ток фотогенератора равен прямому току, генерируемому квантами света. Встречный внутренний ток снижается при этом до нуля. Световая характеристика при коротком замыкании RH = 0 представляет собой прямую линию. При конечных значениях RH световые характеристики имеют участок насыщения.

Малое внутреннее сопротивление фотогенераторов обеспечивает их продуктивное использование лишь в цепях с малым нагрузочным сопротивлением (измерительные приборы, малые входные сопротивления у специально выбранных усилителей).

Фотопреобразовательные диоды (называемые часто фотодиодами) обеспечивают благодаря значительному внутреннему сопротивлению их применение в цепях с большими нагрузочными сопротивлениями, в частности, с усилителями, имеющими большое входное сопротивление.

Современные типы полупроводниковых фотопреобразователей и фотогенераторов изготовляются преимущественно из германия и кремния. Применяются также фотогенераторы, изготовляемые из селена, что стимулируется, как указывалось, близостью их спектральной характеристики к кривой чувствительности человеческого глаза.

Конструктивное выполнение кремниевого фотодиода (тип ФДК-1), применяемого в качестве индикатора ближнего инфракрасного излучения, иллюстрирует рис. 4.11, а. Кремниевая пластинка /, содержащая слои с р- и n-проводимостями, припаяна с помощью оловянного кольца 2 к никелевому кристаллодержа-телю .?. Активная облучаемая площадь фотодиода равна 2 мм2. Поток лучистой энергии проникает к этой площадке через стеклянную линзу 4, сваренную в целях герметичности с коваровым корпусом 5. Снизу к корпусу приварено кольцо 6, плотно охватывающее стеклянную шайбу, через которую проходят вводы 7 и 8 к прибору. Для герметичности и прочности вводы залиты снизу эпоксидной смолой.

Фотодиод ФДК-1 может работать и в качестве фотопреобразователя и в качестве фотогенератора. При работе в качестве фотопреобразователя к нему подводится напряжение порядка 20 в. Селективный максимум его спектральной характеристики лежит в границах 0,8-0,85 мкм (рис. 4.11, б).

Длинноволновая граница его чувствительности К = 1,2 мкм. Интегральная чувствительность К = 4 ма/лм. У германиевых фото-Диодов она еще выше, достигая значения 20-25 ма/лм. Это почти



на три порядка выше чувствительности вакуумных фотоэлементов.

Темновой ток кремниевых фотодиодов не превышает 1 мка, а германиевых - 10 мка.

Кремниевые фотодиоды могут работать при изменении температуры окружающей среды в пределах от -60 до +80° С. Температурный диапазон германиевых фотодиодов более ограничен (от -50 до +40° С). Кремниевые фотогенераторы применяются, в частности, для преобразования солнечной энергии в электрическую.


Рис. 4.11. Структурная схема фотопреобразователя (я) и его спектральная характеристика (б)

При этом их к. п. д. достигает 8-10%. Селеновые фотодиоды, как указывалось, работают только в фотогенераторном режиме.

К новейшим типам фотогенераторов относят серно-таллиевые и сернисто-серебряные. Они имеют высокую светочувствительность и высокий коэффициент преобразования.

Выходные токи и чувствительность полупроводниковых фотопреобразователей могут быть значительно повышены, если вместо фотодиода применить фототриод. Его структурная схема и включение в цепь показаны на рис. 4.12, а. Здесь три слоя при с двумя промежуточными р-я-переходами: эмиттерным и коллекторным. Один из наружных слоев выполняется малых размеров с тем, чтобы открыть доступ световому потоку к промежуточному слою - базе. Последняя выполняется достаточно тонкой в целях приближения слоя, поглощающего световые кванты, к р-п-переходу.

Внутреннее усиление фототока в фототриоде достигается благодаря тому, что созданный с помощью световых квантов ток в одном



из переходов является управляющим. Другой переход является усиливающим, как и в полупроводниковых триодах, применяемых в усилительных устройствах (см. § 2.3).

Конструктивное выполнение германиевого триода (типа ФТ-1) иллюстрирует рис. 4.12, б. У трехслойного кристалла только два вывода: эмиттерный и коллекторный. База не имеет наружного вывода. В других исполнениях триодов база имеет также само- б) стоятельный вывод. *~

Интегральная чувствительность фототриода типа ФТ-1 при й) С8ет

, ... v

А

1><


Рис. 4.12. Схема действия (а) и устройства (б) фототриода

освещаемой поверхности в 2 мм2 превышает 500 ма/лм. Одновременно со световым током в фототриоде возрастает и темновой ток. У рассматриваемого типа фототриода его значение достигает десятых долей миллиампера.

Фототриоды могут работать только в фотопреобразовательном режиме, когда к ним приложено внешнее напряжение. Значение этого напряжения выбирается достаточно малым - порядка 3-5 в.

§ 4,6. ПРИМЕНЕНИЕ ФОТОЭЛЕМЕНТОВ

Фотоэлементы широко применяются в устройствах промышленной электроники для контроля состояния освещения, положения нагретых тел в пространстве, прозрачности сред, размеров тел, качества обработки их поверхностей и т. д.

В одних случаях устройство контролирует только граничные значения величин (фоторелейное действие), а в других оно используется как непрерывный измеритель светового состояния объекта (фотоизмерительные устройства). В тех режимах, когда фототоки недостаточны для непосредственного приведения в действие измерительного или исполнительного органов, в устройство вводятся усилители.

Рассмотрим несколько простейших видов фотореле и фотоизмерительных устройств. Фоторелейные схемы, в которых используются фотоэлементы с внешним фотоэффектом, приведены на



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 [ 91 ] 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184



© 2018 ООО "Стрим-Лазер": Лазерная гравировка.
Все права нотариально заверены. Копирование запрещено.