iomeldar (1021896), страница 20
Текст из файла (страница 20)
В этом случае мощность, выделяемая электРическим током, должна быть достаточно малой, чтобы можно было пренебречь увеличением температуры термосопротивления, вызванным этим подогревом. В данном режиме установившаяся температура термосопротивления почти равна окружающей температуре. Термосопротивления применяются также в релейном режиме. Если при постоянной окружающей температуре увеличивать ток через термосопротивление, то сначала напряжение на нем быстро возрастет, достигнет максимального значения и при достаточно больших токах будет плавно уменьшаться.
Это происходит в результате того, что мощность, выделяемая в термосопротивлении при большом электрическом токе, вызывает сильный нагрев, поэтому именно выделяемая мощность, а не внешняя среда, определяют температуру термосопротивления. В этом режиме падающий участок характеристики термосопротивления соответствует отрицательному сопротивлению переменному току и может быть использован для получения скачкообразного изменения тока, т.
е. для «релейного» срабатывания, которое достигается в схеме, состоящей из последовательного соединения термосопротивления и небольшого активного сопротивления. Отрицательное дифференциальное сопротивление термистора и релейный режим можно получить только при выделении достаточно большой мощности в термосопротивленин. В этом режиме самонагрев током имеет основное значение, а температура окружающей среды — второстепенное. Репейный режим применяется в реле времени, в пусковых схемах и т. и. Существенное значение имеет отвод тепла от термнстора. Для измерения скоростей жидкостей или газов устанавливается такой режим работы термосопротивления, который представляет собой нечто среднее между режимом малых токов измерительных схем и релейным режимом, получаемым при больших токах.
В указанном промежуточном режиме на величину сопротивления термистора заметно влияет температура окружающей среды. Тепловые постоянные времени термосопротивлений разных типов имеют величины от десятых долей секунды до десятков секунд. Срок службы термосопротивлений изменяется в пределах от 3000 до 5000 час. й 3.7. Полупроводниковые болометры Для измерения мощности лучистой энергии применяются полупроводниковые болометры, представляющие собой термосопротивления особой конструкции в виде тонких пленок, поверхность которых имеет прямоугольную форму. Полупроводниковые болометры более чем на один порядок чувствительнее 96 металлических.
Болометр обычно состоит из двух пленок, одна нз которых работает в качестве приемника энергии излучения, а другая — компенсирует изменения температуры окружающей среды. Болометр включается в мостовую схему. Из-за высокой чувствительности, близкой к уровню флюктуационных помех, схема болометрического моста имеет заметное непостоянство нуля (дрейф) при питании моста постоянным током. Для исключения дрейфа механически модулируют измеряемое излучение н применяют электронный усилитель, настроенный на частоту модуляции. Чувствительность полупроводникового болометра близка к уровню тепловых флюктуаций.
Порог чувствительности составляет величину порядка 3 10 " еп; минимальная мощность, регистрируемая полупроводниковым бочометром, равна примерно 10 ' вт, что соответствует изменению температуры на величину меньше 1О ' градуса, при этом выходной сигнал болометрического моста меньше 1 мкв. Полупроводниковые болометры применяются для регистрации распределения энергии в инфракрасных спектрах, что широко используется для контроля продукции многих современных химических заводов.
$ 3.8. Фотосопротивления Любое энергетическое воздействие на атомы полупроводника, которое переводит электроны из примесных уровней или из валентной зоны в зону проводимости, увеличивает электропроводность полупроводника. Когда такое воздействие обусловливается падением света на полупроводник, то рассматриваемое физическое явление называется внутренним фотозффектом, а получающаяся при этом дополнительная электропроводность— фотопронодимосгпью.
Полупроводниковые приборы, в которых происходят эти процессы, называются фотосопрогпивлениями. Основной принцип деиствия фотосопротивления состоит в уменьшении его электрического сопротивления при падении света на поверхность. Поскольку вфотосопротивлении нет перехода, то оно одинаково проводит ток в обоих направлениях. При отсутствии света через фотосопротивление проходит темновой ток. При падении света на поверхности фотосопротивления появляется дополнительная составляющая тока — световой ток, или фототок. Для фотосопротивлений применяются полупроводники с малой шириной запрещенной зоны или с небольшой разностью энергетического уровня примеси и уровня запрещенной зоны или зоны проводимости. Другими словами, применяются полупроводники с малой «эффективнойн шириной запрещенной зоны, измеряемой долями электроно-вольта. Фотосопротнвление из материала с такими свойствами чувствительно к инфракрасному свету.
Если 1т теоретнческне основн влектротекннкн, ч. « уменьшать длину волны света относительно длины волны красного порога, то сначала фототок возрастает, а затем падает. Это объясняется увеличением поглощения света в тонком поверхностном слое полупроводника. Таким образом, внутренний фотоэффект вызывает сравнительно узкая область спектра световых вол н. При язготовлении фотосопротивлений стремятся их сделать такпмп, чтобы можно было получить темновой ток значительно меньше светового. В этом случае внутренний фотоэффект представчяет собой основной источник носителей: при этом световой ток непропорционален освещенности и выражается зависимостью 1„= и, ~/Е (лк), где Š— освещенность окна фотосопротивления.
Нелинейная за- " висимость фототока от освещенности грис. 3.10) является су- щественным недостатком фотосопробнса тивлений. При очень малых световых по- Ф~-А~ токах, световой ток составляет толь- 44 ко малую долю от темпового тока: аз в этом случае световой ток пропор- ционален освещенности. 42 Фотосопротивления обладают ф большой инерционностью. При уве- личении частоты модуляции света, паз г дм дающего на фотосопротивление, амплитуда переменного светового тока быстро уменьшается, Это объясняется тем, что световой ток состоит из двух слагаемых.
Первое слагаемое представляет собой ток первичных фотоэлектронов, переводимых фотонами в зону проводимости. Этот процесс безынерционен. Первичные фотоэлектроны двигаются в электрическом поле внутри полупроводника, к которому подведено внешнее напряжение питания, и в процессе движения в результате ударной ионизацчи образуют вторичные электроны. Второе слагаемое — ток вторичных электронов. Этот ток инерционен, поскольку каждому . первичному электрону требуется некоторое время, чтобы, разогнавшись в электрическом поле, приобрести достаточную кинетическую энергию для ударной нонизацни.
Большая инерционность фотосопротивлений препятствует во многих случаях их практическому применению. Частотная характеристика сернисто-свинцового фотосопротивления показана на рис. 3.11. Несмотря на указанные недостатки и большую температурную зависимость темнового и светового фототоков, фотосопротивления применяют в релейных схемах автоматики, где не Ов требуется большое постоянство характеристик. Фотореле реагирует только на наличие нли отсутствие света, а высокая чувствительность фотосопротивления даст возможность резко упростить схему, уменьшить ее габариты и увеличить надежность работы. 1,ила лаа гг0 400 60 00 100 60 л00 Е,ла Р . З.1г Рис.
3.11 й 3.9. Вентильные фотоэлементы При освещении перехода в материале типа р — и увеличивается количество электронов, переходящих в зону проводимости. Материал типа п обедняется электронами и приобретает избыточный положительный заряд, а материал типа р †наобор, Переход р — и становится источником возникновения электро- движущей силы. Если присоединить переход р — и к внешнему сопротивлению нагрузки, то в ней появится ток (при наличии света), причем, как легко показать, направление этого тока будет обратным направлению тока в том же сопротивлении нагрузки при работе схемы в качестве выпрямителя. Процесс образования э.д.с.
постоянного тока в освещенном переходе называется вентильным фотоэффектом, а приборы, участвующие в этом процессе,— венгпильными фотоэлементами. Для светотехнических измерений и для фотографических экспонометров выпускаются селеновые вентильные фотоэлементы, интегральная чувствительность которых составляет величину порядка 300 мка~лм. Спектральная характеристика вентильных фотоэлементов близка к спектральной характеристике человеческого глаза. Благодаря большой емкости перехода вентилы1ые фотоэлементы весьма инерционны. Линейная зависимость между ~~ком и освещенностью получается только в режиме короткого замыкания (рис.
3.(2). КРемниевые солнечные батареи представляют собой вентильные фотоэлементы, специально сконструированные для преобразования солнечной энергии в электрическую для энергетических 99 целей. К. п. д. современных солнечных батарей достигает величины порядка 1О',4, т. е, близок к теоретическому.
Летом в полдень солнечная батарея отдает в нагрузку 100 вт с 1 м* поверхности батареи, если поверхность перпендикулярна лучам солнечного света. В автоматике широко применяются фотодиоды, представляющие собой обычные полупроводниковые диоды, работающие в режиме обратного смещения. В металлических, непрозрачных для света корпусах таких диодов делаются отверстия для пропускаиия света на переход р — и. Отверстия герметически закрываются стеклянными бусинками для защиты перехода от воздействия атмосферного воздуха. Фотодиоды обладают высокой чувствительностью (20 — 30 ма,'лм), компактны и очень просты.
Кремниевые фото- диоды представляют большой интерес благодаря незначительной величине обратного темпового тока. Вследствие малого размера фотодиода, его инерционность невелика, что допускает возможность применения в электронных импульсных вычислительных машинах. Как правило, фотодиод применяется в режиме фотосопротивления; в этом случае схема состоит из фотодиода и сопротивления нагрузки, питаемых от внешнего источника напряжения с такой полярностью, при которой на фотодиод подается обратное смещение. Фотодиод можно применять и в режиме вентиль- ного фотоэлемента, без внешнего источника напряжения.
Прн этом полезные сигналы уменьшаются, а инерционность возрастает, Аналогично работают фототранзисторы, отличающиеся от обычных транзисторов тем, что управление током коллектора осуществляется путем освещения эмиттерного перехода. Фото- транзистор имеет дополнительные преимущества в виде усиления сигнала и возможности одновременного управления с помощью света и электрических сигналов, подводимых к базе. ф 3.10. Термогенераторы При нагреве спая двух металлов образуется небольшая э.
д. с., которую из-за ее незначительной величины нельзя использовать для энергетических целей. Полупроводниковые термогенераторы, выполненные в виде спая двух полупроводников различных типов, имеют высокий к. п. д.— порядка 7 — 8% и поэтому пригодны для применения в качестве мощных источников энергии постоянного тока.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
