Полупроводниковый фотоэлемент: Принцип работы фотоэлемента | | Откатные автоматические ворота под ключ

Принцип работы фотоэлемента | | Откатные автоматические ворота под ключ

Принцип работы фотоэлемента | | Откатные автоматические ворота под ключ

Фотоэлементом называют прибор, который под воздействием Солнца вырабатывает фототок. Практическую возможность получения электрической энергии из света разработал профессор физики МУ А.Г. Столетов. Он объяснил происхождение фотоэффекта и сумел преобразовать солнечную энергию в фотоЭДС. На основании этого сегодня изготавливают электровакуумные и полупроводниковые фотоэлементы, которые используют в измерительной, контрольной и автоматической аппаратуре.

Устройство представляет собой кварцевую или стеклянную колбу. С ее внутренней стороны нанесен светочувствительный слой щелочного металла (катод). Он контактирует с проводом, соединенным с отрицательным полюсом источника питания. В середине устройства расположен электрод, называемый анодом. Он соединен с положительным полюсом. Под воздействием света из катода вырываются электроны. В электромагнитном поле они устремляются к аноду, создавая в цепи ток.

Полупроводниковый фотоэлемент

Полупроводник имеет устойчивую структуру. Атомы прочно связаны ковалентной связью. Если энергии кванта хватает, чтобы разорвать связь электрона с атомом, электрон становится свободным. На его месте рождается дырка — положительный заряд, равный заряду электрона. Если приложить разность потенциалов, появится электрический ток.

Слабую проводимость чистых полупроводников увеличивают с помощью примесей других веществ, чтобы получить больше свободных положительно или отрицательно заряженных частиц:

1. примеси, создающие избыток электронов образуют полупроводник n-типа.
2. примеси, создающие избыток дырок — полупроводник p-типа.

Если соединить материал n-типа и p-типа, на границе произойдет перераспределение зарядов: дырки будут двигаться в n-область, а электроны — в p-область, пока на границе не возникнет двойной слой зарядов, называемый p-n-переходом и электрическое поле, препятствующее их дальнейшему перераспределению. Если цепь замкнуть, появится электрический ток, пропорциональный:

• интенсивности светового потока;
• площади полупроводника;
• времени действия света.

Устройство фотоэлемента

Применение

Фотоэлементы прочно вошли в нашу жизнь. Фотореле пропускает нас в метро, управляет процессами современного производства, обеспечивает безопасность человека и механизмов, контролируют качество продукции по классической схеме. На ее входе устанавливается фотоэлемент, реагирующий на световой поток. Сигнал усиливается и подается на реле в исполнительную цепь, управляя работой двигателей, станков и целых систем, применяемых в быту и на производстве.

Изучение света продолжается и сегодня. Ученые уверены, что потенциал фотона колоссален, а гелиевая энергетика в скором времени изменит свет во всех отношениях.

+7(499)398-03-92

+7(925)056-80-35

info@garantplaststroi. ru

Москва, ул. Институт, 16А,
рабочий посёлок Большие Вязёмы

ИП Андреев М.В.
ИНН 613202673494
р/с 40802810402820000880
АО «АЛЬФА-БАНК» Г. Москва
БИК 044525593
к/с 30101810200000000593

Мы в соц. сетях:

Оставьте заявку

и мы вам перезвоним!

С условиями обработки
персональных данных согласен

Калькулятор стоимости

[contact-form-7 404 «Not Found»]

Оставьте заявку

и мы вам перезвоним!

Полупроводниковый фотоэлемент — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 4

Cтраница 4

Ко второму классу относятся полупроводниковые фотоэлементы, принцип действия которых основан на использовании фотоэффекта запирающего слоя. Эти фотоэлементы иначе называются вентильными или фотоэлементами с запирающим слоем. Вентильные фотоэлементы качественно отличаются от фотоэлементов с внешним фотоэффектом, которые при освещении не вырабатывают собственной электродвижущей силы и являются лишь очень хорошими индикаторами излучения. Для получения от фотоэлемента с внешним фотоэффектом сколько-нибудь заметных фототоков недостаточно его лишь осветить, необходимо также между фотокатодом и анодом создать электрическое поле, которое обеспечивало бы попадание всех эмитируемых электронов на анод. Это достигается включением в фотоэлектрическую цепь источника постоянного напряжения — сухой батареи или аккумулятора. Таким образом, фотоэлементы с внешним фотоэффектом, а также, конечно, и фотосопротивления работают в режимах с обязательным включением в электрическую цепь фотоэлемента источника напряжения, без этого они не могут работать. В обоих приборах излучение освобождает электроны, но последующая их утилизация может быть осуществлена лишь при содействии источников постоянного напряжения.
 [46]

При соединении противоположных слоев полупроводникового фотоэлемента проводником в цепи возникает электрический ток; сила тока в цепи пропорциональна мощности светового потока излучения, падающего на фотоэлемент.
 [47]

Наличие перечисленных выше типов полупроводниковых фотоэлементов позволяет на их базе создать и внедрить ряд фотоэлектрических устройств автоматики, где фотодатчп-ки играют основную роль или являются вспомогательными элементами.
 [48]

Какой эффект используется в полупроводниковых фотоэлементах.
 [49]

Фотоэлектрические полупроводниковые приемники излучения ( полупроводниковые фотоэлементы и фотодиоды) — полупроводниковые приборы с электронно-дырочным переходом ( р-п переходом), действие которых основано на фотогальваническом эффекте. Поглощение оптического излучения в таких приборах приводит к увеличению числа свободных носителей внутри полупроводника. Под действием электрического поля перехода ( запирающего слоя) носители заряда пространственно разделяются ( электроны накапливаются в — области, дырки в р-области) и между слоями возникает фото — ЭДС. При замыкании внешней цепи через нагрузку протекает электрический ток.
 [51]

СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ, батарея из полупроводниковых фотоэлементов с запирающим слоем ( германиевых или кремниевых) для непосредств.
 [52]

Ко второй группе принадлежат фоторезисторы, полупроводниковые фотоэлементы, солнечные батареи, фотодиоды, фототранзисторы и др. Полупроводниковые фотоэлектронные приборы рассматриваются в гл.
 [53]

Основные элементы схемы — датчик ( полупроводниковый фотоэлемент), усилитель постоянного тока, выполненный по мостовой схеме на транзисторах П13, и измерительный прибор, включенный в диагональ моста, снабженный универсальным шунтом с целью расширения пределов измерений.
 [54]

В видимой и ближней ИК-областях применяются разнообразные полупроводниковые фотоэлементы — вентильные фотоэлементы, фотодиоды и фототранзисторы. Для ближней ИК-обла-сти обычно выбирают фотодиод из PbS, который включают в набор фотоэлементов спектрофотометров, предназначенных для работы в УФ — и видимой областях, для расширения диапазона измерений на этих приборах. Детально полупроводниковые устройства обсуждаются в гл.
 [56]

Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом, называемые полупроводниковыми фотоэлементами или фотосопротивлениями ( фоторезисторами), обладают гораздо большей интегральной чувствительностью, чем вакуумные. Для их изготовления используются PbS, CdS, PbSe и некоторые другие полупроводники. Если фотокатоды вакуумных фотоэлементов и фотоэлектронных умножителей имеют красную границу фотоэффекта не выше 1 1 мкм, то применение фотосопротивлений позволяет производить измерения в далекой инфракрасной области спектра ( 3 — г — 4мкм), а также в областях рентгеновского и гамма-излучений. Кроме того, они малогабаритны и имеют низкое напряжение питания. Недостаток фотосопротивлений — их заметная инерционность, поэтому они непригодны для регистрации быстропере-менных световых потоков.
 [57]

Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом, называемые полупроводниковыми фотоэлементами или фотосопротивлениями ( фоторезисторами), обладают гораздо большей интегральной чувствительностью, чем вакуумные. Для их изготовления используются PbS, CdS, PbSe и некоторые другие полупроводники. Если фотокатоды вакуумных фотоэлементов и фотоэлектронных умножителей имеют красную границу фотоэффекта не выше 1 1 мкм, то применение фотосопротивлений позволяет производить измерения в далекой инфракрасной области спектра ( Зч — 4мкм), а также в областях рентгеновского и гамма-излучений. Кроме того, они малогабаритны и имеют низкое напряжение питания. Недостаток фотосопротивлений — их заметная инерционность, поэтому они непригодны для регистрации быстропере-менных световых потоков.
 [58]

Для того чтобы лучше понять принцип действия полупроводниковых фотоэлементов, вернемся к описанию механизмов дырочной и электронной проводимостей. Полупроводниковый материал, электрическая проводимость которого меняется при изменении освещенности, называют фстосопротивлением. Изменение электропроводности сопротивления связано с изменением концентрации носителей под воздействием освещения. Ранее всех из фотосопротивлений были изучены селеновые, которые однако не следует путать с современными фотосопротивлениями с внутренним фотоэффектом, содержащими селен. В настоящее время фотосопротивления изготавливаются в основном из таких материалов, как сульфиды и селениды кадмия и свинца. Темновое сопротивление типичного полупроводникового фотосопротивления составляет порядка нескольких тысяч мегом, тогда как при среднем уровне освещенности оно не превышает нескольких тысяч ом. В табл. 22.1. приведены параметры фотоэлектрических приборов различных типов.
 [60]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4

   5

Определение фотоэлемента | ПКМаг

Устройство, обнаруживающее свет. Используемый для фотографических экспонометров, автоматических уличных фонарей в сумерках и других чувствительных к свету приложений, фотоэлемент изменяет свое сопротивление между двумя своими выводами в зависимости от количества фотонов (света), которые он получает. Также называется «фотодетектор», «фоторезистор» и «светозависимый резистор» (LDR).

Полупроводниковый материал фотоэлемента обычно представляет собой сульфид кадмия (CdS), но также используются и другие элементы. Фотоэлементы и фотодиоды используются для аналогичных приложений; однако фотоэлемент пропускает ток двунаправленно, тогда как фотодиод является однонаправленным. См фотодиод.

Светозависимые резисторы
Фотоэлементы поставляются в различных упаковках, таких как этот ассортимент от PerkinElmer. По мере того, как фотоэлемент получает больше фотонов, сопротивление между двумя клеммами снижается. (Изображение предоставлено PerkinElmer, Inc., www.perkinelmer. com)

Реклама

Истории PCMag, которые вам понравятся

{X-html заменен}

Выбор редакции

ЭТО ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДНАЗНАЧЕНО ТОЛЬКО ДЛЯ ЛИЧНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ. Любое другое воспроизведение требует разрешения.
Copyright © 1981-2022. Компьютерный язык (открывается в новом окне) Co Inc. Все права защищены.

PC Magazine Digital Edition (Открывается в новом окне)

PC Magazine Digital Edition

Читайте интересные истории в автономном режиме на любимом устройстве!

Информационные бюллетени PCMag

Информационные бюллетени PCMag

Наши лучшие истории в вашем почтовом ящике

Подпишитесь на PCMag

• Фейсбук (Открывается в новом окне)

• Твиттер (Откроется в новом окне)

• Флипборд (Открывается в новом окне)

• Гугл (откроется в новом окне)

• Инстаграм (откроется в новом окне)

• Pinterest (Открывается в новом окне)

PCMag. com является ведущим авторитетом в области технологий, предоставляющим независимые лабораторные обзоры новейших продуктов и услуг. Наш экспертный отраслевой анализ и практические решения помогут вам принимать более обоснованные решения о покупке и получать больше от технологий.

Как мы тестируем Редакционные принципы

© 1996-2022 Зифф Дэвис. PCMag Digital Group

PCMag, PCMag.com и PC Magazine входят в число зарегистрированных на федеральном уровне товарных знаков Ziff Davis и не могут использоваться третьими лицами без явного разрешения. Отображение сторонних товарных знаков и торговых наименований на этом сайте не обязательно указывает на какую-либо принадлежность или поддержку PCMag. Если вы нажмете на партнерскую ссылку и купите продукт или услугу, этот продавец может заплатить нам комиссию.

• О Ziff Davis(Открывается в новом окне)
• Политика конфиденциальности(Открывается в новом окне)
• Условия использования(Открывается в новом окне)
• Реклама(Открывается в новом окне)
• Специальные возможности(Открывается в новом окне)
• Не продавать мою личную информацию (открывается в новом окне)

• (Открывается в новом окне)
  доверительный логотип

• (Открывается в новом окне)

• (Открывается в новом окне)
  Логотип Зиффмедиа

• (Открывается в новом окне)
  Логотип Аскмен

• (Открывается в новом окне)
  Логотип Экстримтек

• (Открывается в новом окне)
  Логотип ИНГ

• (Открывается в новом окне)
  Логотип Mashable

• (Открывается в новом окне)
  Предлагает логотип

• (Открывается в новом окне)
  Логотип RetailMeNot

• (Открывается в новом окне)
  Логотип Speedtest

Типы, схемы, работа и их применение

В 1883 году изобретатель из Америки, а именно Чарльз Фриттс, разработал функциональный фотоэлемент. В том же году инженер Пауль из Германии использовал в своем наблюдении фотоэлемент, названный диском Нипкова. Это инструмент, который делает изображения, измеряя яркие и темные участки объекта и преобразуя их в электрические импульсы.

Предварительное изобретение современного фотоэлемента было разработано Гансом и Эльстером путем внесения нескольких модификаций в ЭЛТ (электронно-лучевую трубку). Итак, это было изобретение и краткая история фотоэлемента. В этой статье объясняется работа фотоэлементов, их типы, схемы и области применения.

Фотоэлемент также называют электронной трубкой, фотоэлементом, электрическим глазом и фотоэлементом. Это электронный прибор, который очень чувствителен к падающему излучению, в основном свету, который используется для генерации или регулирования уровней выходного электрического тока.

Его также называют резистором, сопротивление которого изменяется в зависимости от количества индуцируемого на него света. Это устройство работает по принципу фотопроводимости полупроводника, что означает, что энергия фотонов, попадающих в полупроводник, позволяет электронам двигаться и, таким образом, снижает уровень сопротивления.

Конструкция фотоэлемента

Основные детали, необходимые для изготовления фотоэлемента:

• Падающий свет
• Стеклянная трубка

Устройство состоит из пустой стеклянной трубки с двумя электродами: коллектором (А) и эмиттером (С). Эмиттер имеет форму полуполого цилиндра и всегда находится под отрицательным потенциалом.

При этом коллекторный электрод будет представлять собой металлический стержень, который устанавливается на оси эмиттерной секции и всегда находится под положительным потенциалом. Пустая стеклянная трубка устанавливается на неметаллическую базовую секцию, а базовая секция имеет штифты для поддержки внешнего соединения.

Принцип работы

Работа фотоэлемента может быть основана на величине сопротивления и воздействии фотоэлектричества. Это используется для преобразования из света в электрическую энергию. Это происходит, когда батарея подключена таким образом, что клеммы эмиттера и коллектора соединены с отрицательной и положительной клеммами батареи. Уровень частотного излучения больше по сравнению с пороговым уровнем частоты излучателя и тогда происходит излучение фотона.

Фотоэлектроны находятся на том же пути, что и коллектор, и край коллектора считается положительным в соответствии с краем эмиттера. Таким образом, ток течет внутри цепи. Когда уровень интенсивности излучения увеличивается, количество фотоэлектрического тока также увеличивается.

Датчик с фотоэлементом

Фотоэлемент также называют датчиком, который можно использовать для восприятия света. Важнейшими характеристиками фотоэлементных датчиков являются простота использования, минимальная мощность для работы, минимальные размеры, а также экономичность. Благодаря этим функциям датчики с фотоэлектрическими элементами применяются в различных приложениях в разных областях. Они в основном описываются как фотоэлементы на основе сульфида кадмия и состоят из светочувствительных резисторов и фоторезисторов.

Датчик с фотоэлементом

Кроме того, в основном этот датчик используется в световых приложениях, таких как свет или темнота.

Схема

Ячейка, используемая в схеме фотоэлемента, называется схемой с транзисторным переключением. Основные элементы, необходимые для построения схемы фотоэлемента:

• Батарея 9В
• Резисторы 22К и 47 Ом
• Соединительные провода перемычки
• Макет
• Транзистор
• Светодиод

Схема фотоэлемента работает в двух режимах: темный и светлый.

Схема фотоэлемента

В более темном сценарии сопротивление фотоэлемента минимально, и ток протекает через резистор 22 кОм и фотоэлемент, а характеристики транзистора аналогичны изолятору. Таким образом, путь, состоящий из резистора, светодиода 1 и транзистора, будет в выключенном состоянии.

В более легком сценарии сопротивление фотоэлемента максимально, и направление тока изменяется. Значит, на базе транзистора будет минимальное сопротивление. Когда на базовую клемму транзистора подается питание, он работает как проводник, а цепь, состоящая из резистора, светодиода 1 и транзистора, будет выключена, а светодиод начнет мигать.

Типы

В этом разделе описаны типы фотоэлементов .

Фоторезистор – светочувствительные резисторы, у которых уровень удельного сопротивления электрическому току уменьшается в соответствии с количеством света, воздействующего на них. Этот фоторезистор в основном используется в измерителях камеры, которые работают для камеры и сигнализации и их приложений.

Фотоумножитель – Это детекторы с высоким уровнем чувствительности. Малейшая волна света умножается более чем в 100 миллионов раз. Его также называют фотокондуктором.

Это полупроводник с высоким удельным сопротивлением. Когда свет, отражающийся от устройства, имеет повышенный уровень частоты, то фотоны, поглощаемые полупроводником, обеспечивают достаточную энергию для движения электронов в зону проводимости. Выход свободных электронов и дырок позволяет проводить электричество, тем самым уменьшая значение сопротивления.

Ячейка Голея – Эти ячейки используются для обнаружения инфракрасного излучения. Он представляет собой трубку с почерневшей металлической пластиной, один из концов которой заполнен ксеноном. Когда инфракрасные лучи падают на пластину, они нагревают газ ксенон и искажают переменную диафрагму на другом конце, а движение используется для определения источника энергии в качестве выхода.

Фотоэлектрический элемент. Этот тип фотоэлемента преобразует солнечную энергию в электрическую. Фотоны, которые ударяют электроны в ячейке с более высокой энергией, создают ток в пригодной для использования форме.

Устройства с зарядовой связью – Эти устройства в основном применяются в научной сфере в качестве высокостабильных и точных фотодатчиков. Заряды, испускаемые датчиками, используются для анализа множества вещей, от огромных галактик до простых молекул.

Использование фотоэлемента

Использование фотоэлементов можно наблюдать во многих приложениях, и сегодня вот несколько вариантов использования фотоэлементов.

Воспроизведение звука

Используется для воспроизведения звука в кино. В фильме звук записывается в фильме действий в виде тонкой полупрозрачной полосы, и эта полоса называется звуковой дорожкой. Прозрачность этой звуковой дорожки основана на изменении уровня частоты записываемого звука.

При проецировании фильма свет проектора звуковой дорожки попадает на фотоэлемент. Поскольку из-за изменения уровней звуковой дорожки будет меняться интенсивность звука и, следовательно, изменяется фотоэлектрический ток. Затем электрический ток усиливается и подается на динамики.

Охранная сигнализация

Фотоэлемент также используется в охранной сигнализации. Основное назначение этого инструмента – защита от воров. Это устройство в основном используется для обнаружения злоумышленников и поиска ценных и дорогих вещей у воров.

Охранная сигнализация с фотоэлементом и инфракрасным источником света. Свет, исходящий от инфракрасного источника, падает на фотоэлемент, который создает постоянный фотоэлектрический эффект. Когда есть какое-либо отклонение в направлении инфракрасного света из-за вора, то они будут отсекаться в свете, который падает на фотоэлемент, и поэтому не происходит потока фотоэлектрического эффекта. Это активирует цепь реле, и сирена начинает кричать.

Экспонометр

В экспонометрах также используются фотоэлементы. Это инструмент, реализованный вместе с камерой, чтобы узнать точное время экспозиции пленки, чтобы получить хорошие снимки. Чтобы изображение было идеальным, при высокой интенсивности света экспозиция пленки должна быть минимальной, и наоборот.

Этот экспонометр состоит из фотоэлемента, последовательно соединенных батарей и чувствительного миллиамперметра. Величина фотоэлектрического тока, вырабатываемого в ячейке, прямо пропорциональна величине силы света.

Когда отклонение миллиамперметра меньше, фотоэлектрический ток также будет минимальным, что указывает на минимальную интенсивность света, чтобы экспозиция была максимальной. Точно так же, когда отклонение миллиамперметра больше, фотоэлектрический ток также будет больше, что указывает на высокую интенсивность света, поэтому экспозиция минимальна.

Применение фотоэлементов

1. Фотоэлементы используются в телевидении, а также в фотоустройствах
2. Также используется для расчета уровня интенсивности света и контроля точной формы спектральных линий
3. Используется в микрофотометрах, люксметрах
4. В различных солнечных элементах
5. Фотоэлементы также используются для подсчета количества транспортных средств на дороге
6. Фотоэлементы используются даже в качестве датчиков и переключателей
7. Используется в области робототехники, например, для направления роботов, чтобы скрыться от глаз в темном месте или двигаться по маяку
8. Реализовано даже в автоматических светильниках для включения уличных фонарей и особенно зависит от дневного или темного времени суток
9. Фотоэлементы используются даже в системах управления, где прерывание светового луча позволяет разомкнуть цепь, таким образом активируя реле, и это обеспечивает питание для открытия двери.
   
   Полупроводниковый фотоэлемент: Принцип работы фотоэлемента | | Откатные автоматические ворота под ключ