Что такое фоторезисторы, как они работают и где используются

Рабочее определение КТП

КТП (комплектная трансформаторная подстанция) — это установка, которая принимает, производит преобразование в сторону уменьшения или повышения напряжения и его распределяет. Производственные характеристики трансформаторных подстанций зависят от их локального места в общей сетевой энергосистеме. 

На рис. 1 показаны простейшие экономичные схемы управления тиристорами. Наиболее простой метод включения тиристора представлен на рис. 1, а, где в качестве необходимого для включения управляющего тока используется часть тока, проходящего через тиристор. В разомкнутом состоянии контакта К тиристор не может открыться, так как на управляющий электрод не подается положительный потенциал. 

При замыкании контакта К в положительный полупериод анодного напряжения через резисторы R1 и R2 и диод Д протекает ток управления. Сила этого тока зависит от мгновенного значения анодного напряжения, которое увеличивается от нуля до максимального значения. Ток управления достигнет необходимого для включения тиристора значения при определенном угле а. Если уменьшить сопротивление реостата R2, угол управления а станет меньше, так как ток управления достигнет необходимого значения при меньшем анодном напряжении. 

При полностью введенном реостате R угол управления а достигнет максимального значения, которое не может превысить 90°, так как максимальное анодное напряжение обеспечивает максимальный ток управления. Приведенная схема может работать на постоянном токе. 

Тиристор может открыться при подаче на анод положительного полюса напряжения. Реостатом R2 устанавливается ток управления необходимой силы. Однако для закрывания тиристора необходимо шунтировать перемычкой или прервать цепь анодного тока.

Чтобы провести сложные анализы газовых смесей с разделением их на отдельные компоненты, используется такой прибор, как хроматограф. В процессе исследования с помощью детектора, изменяющего отдельные физические параметры веществ, определяется их количество. Если аппарат не смог произвести разделение пробы на простые компоненты, то вещество считается однородным. Они широко применяются при исследовании самых разных профилей: от медицинских препаратов до добывающей промышленности.

Применение фотоэффекта

Подробности Просмотров: 431

«Физика — 11 класс»

Открытие фотоэффекта имело очень большое значение для более глубокого понимания природы света.
Но ценность науки состоит не только в том, что она выясняет сложное и многообразное строение окружающего нас мира, но и в том, что она дает нам в руки средства, используя которые можно совершенствовать производство, улучшать условия материальной и культурной жизни общества.

С помощью фотоэффекта «заговорило» кино, стала возможной передача движущихся изображений (телевидение).
Применение фотоэлектронных приборов позволило создать станки, которые без участия человека изготовляют детали по заданным чертежам.
Основанные на фотоэффекте приборы контролируют размеры изделий лучше человека, вовремя включают и выключают маяки и уличное освещение и т. п.

Все это оказалось возможным благодаря изобретению особых устройств — фотоэлементов, в которых энергия света управляет энергией электрического тока или преобразуется в нее.

Вакуумные фотоэлементы

Современный вакуумный фотоэлемент представляет собой стеклянную колбу, часть внутренней поверхности которой покрыта тонким слоем металла с малой работой выхода.
Это катод 1. Через прозрачное окошко свет проникает внутрь колбы.

В ее центре расположена проволочная петля или диск — анод 2, который служит для улавливания фотоэлектронов.
Анод присоединяют к положительному полюсу батареи.
Фотоэлементы реагируют на видимое излучение и даже на инфракрасные лучи.

При попадании света на катод фотоэлемента в цепи возникает электрический ток, который включает или выключает реле.
Комбинация фотоэлемента с реле позволяет конструировать множество различных «видящих» автоматов. Одним из них является автомат в метро. Он срабатывает (выдвигает перегородку) при пересечении светового пучка, если предварительно не пропущена карточка.

Подобные автоматы могут предотвращать аварии.
На заводе фотоэлемент почти мгновенно останавливает мощный пресс, если рука человека оказывается в опасной зоне.

С помощью фотоэлементов воспроизводится звук, записанный на кинопленке.

Полупроводниковые фотоэлементы

Кроме рассмотренного в этой главе фотоэффекта, называемого более полно внешним фотоэффектом, широко применяется и так называемый внутренний фотоэффект в полупроводниках.
На этом явлении основано устройство фоторезисторов — приборов, сопротивление которых зависит от освещенности.

Кроме того, сконструированы полупроводниковые фотоэлементы, создающие ЭДС и непосредственно преобразующие энергию излучения в энергию электрического тока.
ЭДС, называемая в данном случае фотоЭДС, возникает в области р—n-перехода двух полупроводников при облучении этой области светом.

Под действием света образуются пары электрон — дырка.
В области р—n-перехода существует электрическое поле.
Это поле заставляет неосновные носители полупроводников перемещаться через контакт.
Дырки из полупроводника n-типа перемещаются в полупроводник p-типа, а электроны из полупроводника р-типа — в область n-типа, что приводит к накоплению основных носителей в полупроводниках n- и p-типов.
В результате потенциал полупроводника р-типа увеличивается, а n-типа уменьшается.
Это происходит до тех пор, пока ток неосновных носителей через р—n-переход не сравняется с током основных носителей через этот же переход.
Между полупроводниками устанавливается разность потенциалов, равная фотоЭДС.

Если замкнуть цепь через внешнюю нагрузку, то в цепи пойдет ток, определяемый разностью токов неосновных и основных носителей через р—n-переход.
Сила тока зависит от интенсивности падающего света и сопротивления нагрузки R.
Фотоэлементы с р—n-переходом создают ЭДС порядка 1—2 В.
Их выходная мощность достигает сотен ватт при коэффициенте полезного действия до 20%.

Фотоэлементы малой мощности используются, например, в фотоэкспонометрах.
Особенно широко применяются полупроводниковые фотоэлементы при изготовлении солнечных батарей, устанавливаемых на космических кораблях.
К сожалению, пока такие батареи довольно дороги.
Широко применяются вакуумные и полупроводниковые фотоэлементы, которые создают фотоЭДС.

Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин

Световые кванты. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика

Фотоэффект — Теория фотоэффекта — Фотоны — Применение фотоэффекта — Давление света. Химическое действие света — Краткие итоги главы

Устройство

Конструкция разных моделей фоторезисторов может отличаться по форме материалу корпуса. Но в основе каждого такого прибора лежит подложка, чаще всего керамическая, покрытая слоем полупроводникового материала. Поверх этого полупроводника наносятся змейкой тонкий слой золота, платины или другого коррозиестойкого металла. (см. рис. 1). Слои наносятся методом напыления.

Устройство фоторезисторовРис. 1. Устройство фоторезисторов

Напиленные слои соединяют с электродами, на которые поступает электрический ток. Всю эту конструкцию часто покрывают прозрачным пластиком и помещают в корпус с окошком для попадания световых лучей (см. рис. 2).

Конструкция фоторезистораРис. 2. Конструкция фоторезистора

Форма корпуса, его размеры и материал зависит от модели фоторезистора, определяемой технологией производителя. Примеры моделей показаны на рисунках 3 и 4.

Датчик на основе фоторезистораРис. 3. Датчик на основе фоторезистораФотоприемникРис. 4. Фотоприемник

Сегодня в продаже можно увидеть детали в металлическом корпусе, часто в пластике или модели открытого типа. Некоторые модели изготавливают без метода напыления, а вырезают тонкий резистивный слой непосредственно из полупроводника. Существуют также технологии изготовления пленочных фотодатчиков (см. рис. 5).

Конструкция пленочного фоторезистораРис. 5. Конструкция пленочного фоторезистора

Для напыления слоя полупроводника используют различные фоторезистивные материалы. Для фиксации видимого спектра света применяют селенид кадмия и сульфид кадмия.

Более широкий спектр материалов восприимчив к инфракрасному излучению:

  • германий чистый либо легированный примесями золота, меди, цинка;
  • кремний;
  • сульфид свинца и другие химические соединения на его основе;
  • антимонид или арсенид индия;
  • прочие химические соединения чувствительные к инфракрасным лучам.

Чистый германий или кремний применяют при изготовлении фоторезисторов с внутренним фотоэффектом, а вещества легированные примесями – для конструкций с внешним фотоэффектом. Независимо от вида применяемого фоторезистивного материала, оба типа фоторезисторов обладают одинаковыми свойствами – обратной, нелинейной зависимостью сопротивления от силы светового потока.

Конструкция

Хроматограф газовый состоит из нескольких узлов, выполняющих конкретную функцию. В конструкцию прибора входят:

  • баллон, для содержания в нем под давлением сжатого или сжиженного газа (элюенты);
  • регулирующий прибор, контролирующий расход газа и его входное давление;
  • устройство для подачи в колонку пробы;
  • колонка — емкость для дифференцирования исследуемого состава;
  • детекторы, фиксирующие концентрацию элементов на выходе и регистрирующие отличие их характеристик от газа-носителя;
  • электронного типа усилитель для повышения уровня электрического импульса.

В состав аппарата входят: расходомер, контролирующий затраты газа, регистратор, обеспечивающий изображение хроматограммы: ПК, редко — самописец.

В процессе эксплуатации электрооборудования проводят работы по обслуживанию, профилактике и уходу за электродвигателями. Эти работы, связанные с включением, пуском в ход, отключением, остановкой, наблюдением за работающими электродвигателями, а также систематические осмотры, профилактические чистки и ремонты направлены на содержание их в хорошем состоянии и постоянной готовности к действию.

Эксплуатация и обслуживание электродвигателей в судовых условиях

При подготовке электродвигателя к пуску осматривают электродвигатель и пусковое устройство. Пусковое устройство должно находиться в положении «Стоп». После пуска двигателя убеждаются в отсутствии ненормальных шумов, искрения под щетками, вибрации. В процессе работы электродвигателя периодически следят: за его нагревом, работой коллектора (контактных колец) и его чистотой; за отсутствием стука и нагрева подшипников; перегревом контактных соединений; вибрацией электродвигателя. 

Для покраски барж, речных, а также морских судов, яхт, кораблей используются специализированные лакокрасочные материалы. Они отличаются повышенным уровнем стойкости к влаге, минимизируют негативное воздействиеультрафиолетовых лучей, температурного воздействия, абразивов и т.п. 

Наибольшими защитными свойствами обладает ЛКП для морских судов, так как морская среда обладает самой большой разрушительной силой. Если не применять лакокрасочные антикоррозийные покрытия, то корпус корабля может разрушиться за 5-12 лет.

Окраска подводных бортов

Указанные борта располагаются ниже линии воду, то есть погружены в воду. Для их окраски используют лучшие краски, а слой наносимых покрытий должен быть очень толстым. Толщина зависит от оставшегося времени до следующего ремонта.

Замена ручного труда машинным постепенно привела к появлению огромного количества механических приспособлений, станков, транспортных средств и всевозможного оборудования. Основным конструкционным материалом при их производстве служат сплавы железа с различным химическим составом и физическими свойствами. Изначально прочные, они постепенно утрачивают это ценное качество из-за постоянного воздействия коррозии, изделия выходят из строя и требуют ремонта или полной замены на новые образцы.

Такой подход в машиностроении не всегда экономически целесообразен, и оказывается выгоднее потратиться на добавление в сплавы дорогостоящих легирующих элементов для продления срока службы создаваемых конструкций, чем часто менять пришедшие в негодность детали. 

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ  РАБОТА по дисциплине:

МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ СУДОВЫМИ ТЕХНИЧЕСКИМИ СРЕДСТВАМИ

ТЕМА: Синтез комбинированной системы автоматического регулирования напряжения генератора постоянного тока

Комбинированная САР напряжения ГПТ. В комбинированной САР напряжения генератора постоянного тока возмущающим воздействием является изменение тока нагрузки. В канале по возмущению использовать датчик тока нагрузки.

Обозначение на схеме

Отличить фоторезистор на схеме от обычного резистора достаточно просто. На значке фоторезистора присутствуют две стрелки, направленные в сторону прямоугольника. Эти стрелки символизируют поток света (см. рис. 7). На некоторых схемах символ резистора помещают внутри окружности, а на других обозначают прямоугольником без окружности. Но главное отличие – наличие стрелок.

Фоторезистор на схемеРис. 7. Фоторезистор на схеме

Технические характеристики

Какие критерии применять при выборе фоторезистора?

Первым делом обращайте внимание на спектральные характеристики. Если этот параметр вы неправильно выберете, то с большой долей вероятности устройство работать не будет или его функционирование будет нестабильным. Например, фоторезисторы с внутренним эффектом не будут реагировать на дневной свет. Если в качестве облучателя не планируется использовать ИК излучатель, то остановите свой выбор на втором типе приборов.

Другие важные характеристики:

  • интегральная чувствительность;
  • энергетическая характеристика (порог чувствительности);
  • инерционность.

Вольт-амперная характеристика показывает зависимость величины тока от приложенного напряжения. Графически такая характеристика изображается в виде гиперболы. Но если выполняется условие стабильности интенсивности освещения, то ест световой поток Ф = const, то зависимость силы тока от напряжения будет линейной, а график – прямой линией. (см. рис. 8 а).

Энергетическая характеристика показывает, как зависит сила тока от величины светового потока, при постоянном напряжении (см. рис. 8 б). На графике видно как изменяется энергетическая кривая: сначала она устремляется вверх, а при достижении какого-то предела плавно изменяет направление и почти параллельна оси светового потока. Объясняется это тем, что после насыщения полупроводникового элемента его сопротивление минимально и в дальнейшем не зависит от интенсивности света.

Характеристики фоторезистораРисунок 8. Характеристики фоторезистора

Что касается инерционности, то она в разной степени присутствует у всех типах датчиков. Если вам нужна молниеносная реакция на свет, то лучше используйте фотодиод.

Преимущества и недостатки

Сильными сторонами фоторезисторов оказывается их высокая надежность и низкая цена. Иногда полезным свойством бывает его вольтамперная характеристика, когда ток возрастает не молниеносно, а постепенно. Достоинством является низкий порог чувствительности.

К недостаткам можно отнести инерционность датчиков. Запаздывание сигнала понижает быстродействие устройств на базе терморезисторов, что часто бывает неприемлемым.

Применение

Благодаря низкому порогу чувствительности фоторезисторы часто используются для регистрации слабых потоков световых волн.

Это качество используется:

  • в сортировальных машинах;
  • в полиграфической промышленности для регистрации факта обрыва бумажной ленты;
  • в сельскохозяйственных машинах для контроля густоты высевания зерновых;
  • в световых реле для включения/отключения освещения, в фотоэкспонометрах и т. п.

В промышленной электронике фоторезисторы применяются для учета изделий, движущихся на ленте транспортера или падающих в емкость для хранения.

Сам по себе датчик не может производить расчёты, но его сигналы используются и обрабатываются микроконтроллерами, с последующими вычислениями. Сигналы фоторезистора воспринимаются как аналоговыми, так и цифровыми логическими схемами. Задержка сигнала на доли секунды в большинстве случаев не является препятствием для использования фоторезисторов.

На базе фоторезисторов производятся оптроны – приборы с собственным источником света, которым можно управлять. Пример схемы такого устройства показан на рис. 9.

Схема оптронаРис. 9. Схема оптрона

Несмотря на некоторые недостатки приборов, эра фоторезисторов видимо еще не закончилась.

Видео по теме

Урок №44. Фоторезистор, фотореле.

Урок №44. Фоторезистор, фотореле.

Урок 13. Фоторезистор. Датчик свет на фоторезисторе

Урок 13. Фоторезистор. Датчик свет на фоторезисторе

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...
Электрик в Дом