Классификация фотоэлектрических приборов
Электронные приборы, предназначенные для преобразования светового излучения в электрический ток, называют фотоэлектрическими. Их классифицируют по виду рабочей среды и по функциональному назначению. По виду рабочей среды фотоэлектрические приборы подразделяют на электровакуумные (электронные и ионные фотоэлементы, фотоумножители ) и полупроводниковые с однородными структурами — фоторезисторы; с p-nпереходами (фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры).
По функциональному назначению фотоэлектрические приборы подразделяют на три группы:
— фотоприёмники — преобразователи светового сигнала в электрический, применяемые в аппаратуре связи, устройствах считывания информации, в вычислительной технике и ряде других областей;
— фотодатчики — преобразователи измеряемых величин в электрический сигнал: датчики освещенности, координат, деформации, используемые в автоматических устройствах железнодорожного транспорта;
— фотоэлектрические преобразователи световой энергии в электрическую в источниках аппаратуры.
Индикаторные (излучающие)приборы — электронные приборы, непосредственно преобразующие электрическую энергию в световое излучение, — относятся к одному из классов электросветовых приборов.
По виду рабочей среды индикаторы подразделяют на электровакуумные, газоразрядные, полупроводниковые и жидкокристаллические.
По форме представления сигнала различают индикаторы:
светосигнальные, отображающие сигнал свечением индикатора;
цветосигнальные, отображающие каждый сигнал из группы буквой, цифрой или другим определённым символом;
экранные, представляющие принятую за определённый интервал времени совокупность сигналов в виде черно-белого или цветного изображения;
шкальные, которые отображают поступивший сигнал местоположением светового пятна или границы светящейся линии.
На базе современных фотоприёмников и излучающих приборов развивается оптоэлектроника — научно-техническое направление, использующее для передачи, обработки и хранения информации как электрические, так и оптические средства и методы.
Фоторезисторы
Полупроводниковый прибор, электрическое сопротивление которого изменяется в широких пределах в зависимости от интенсивности и спектрального состава воздействующего на него светового потока, называютфоторезистором (ФР).
Светочувствительным элементом ФР служит слой полупроводникового материала 1, напылённого на подложку2 из стекла, слюды или керамики, см.рис.3.52, а. По краям полупроводникового слоя располагают металлические контакты 3, соединённые с внешними выводами. Для защиты от внешних воздействий элемент покрывают лаком и помещают в пластмассовый или металлический корпус с окном для светового сигнала. Применяют также и бескорпусные ФР. Светочувствительными материалами для ФР служат полупроводниковые соединения кадмия. Могут быть и ФР на основе германия и кремния с примесями золота, цинка и других элементов. Иногда ФР имеют три вывода. Такие ФР используют в качестве дифференциальных элементов.
Обозначают ФР буквами ФС или СФ, за которым следуют буква и цифра, характеризующие материал полупроводника и конструктивное оформление. На рис. 3.52,б условное графическое обозначение ФР.
ФР свойственно старение— постепенное уменьшение сопротивления, изменение фототока и чувствительности в течение нескольких сотен часов эксплуатации.
По сравнению с электронными фотоприёмниками ФР имеют следующие преимущества:
— понижение напряжения питания,
— значительно большая интегральная чувствительность,
— возможность работы в более широком спектральном диапазоне,
— большие допустимые фототоки,
— большая стабильность характеристик,
— меньшие габаритные размеры и масса,
— простота конструкций,
— устойчивость к механическим воздействиям,
— большой срок службы.
Недостатки ФР:
— повышенная инерционность,
— значительная зависимость характеристик и параметров от температуры,
— нелинейность энергетической характеристики при больших световых потоках.
Несмотря на указанные недостатки, ФР применяют в схемах автоматики и вычислительной техники, в том числе на железнодорожном транспорте.