Разновидности фотоэлементов

При попадании света на фотоэлемент с поверхности селена выбиваются электроны и направляются в сторону золота, так как на границе селен-железо возникает запирающий слой, в результате чего золото приобретает отрицательный заряд по отношению к железной пластине. Если эти два слоя соединить через гальванометр, он покажет наличие тока в цепи.

I. Фотоэлементы с запирающимся слоем. Из вентильных фото­элементов с запирающимся слоем наибольшее распространение получил селеновый фотоэлемент (рис.4.). Они представляет собой железную пластинку (1), покрытую слоем элементарного селена (2), поверхность селена покрыта очень тонкой полупрозрачной плёнкой золота или платины (3), на которое помещено металлическое контактное кольцо (4). Для защиты фотоэлемент помещают в футляр из пластмассы с выводами от контактов, отверстие прикрывают тонкой стеклянной пластинкой или целлулоидной плёнкой. Принцип действия фотоэлемента заключается в следующем.

Рис. 4. Устройство селенового

фотоэлемента.

Селеновые фотоэлементы применяются в фотоколориметре ФЭК - М, ФЭК-56.

Характеристика:

1. Селеновые элементы обладают большой интегральной
чувствительностью (350-500 мА/ лм), что позволяет использовать
гальванометры с чувствительностью 10^-6 - 10^-7А.

2. Обладают малой инертностью, то есть после выключения источника
света величина фототока не ползёт.

3. Селеновые фотоэлементы дешёвые и механически прочные.

4. Спектральная чувствительность глаза и селенового фотоэлемента
близки: правая граница - инфракрасные лучи, левая - ультрафиолетовые.

5. Доброкачественные фотоэлементы уменьшают свою чувствительность
на протяжении года не более чем на 1 %. Селеновые фотоэлементы стареют, то есть со временем вырабатывают меньший ток (рис.5).

Рис. 5. Зависимость чувствительности фотоэлемента от времени

τ₃ > τ₂ > τ₁ > τ₀ .

В настоящее время, селеновые фотоэлементы употребляются наиболее часто, однако, будущего у них нет, от них постепенно отказываются и со временем заменят лучшими образцами.

2. Фотосопротивления. В основе действия фотосопротивления лежит уменьшение сопротивления вещества при облучении его светом определённой длины волны. Фотоактивными в этом случае могут быть различные полупроводники, из которых чаще всего применяют таллофид (сплав сульфида таллия с оксидом таллия), сернистый свинец и реже селен. Таллофидные и сернистосвинцовые сопротивления обладают большой чувствительностью в инфракрасной области спектра, но имеют ряд недостатков, поэтому применение ограниченно.

3. Фотоэлементы, основанные на внешнем фотоэффекте (вакуумные фотоэлементы). Действие фотоэлементов с внешним фотоэффектом основано на выбивании электронов под действием света из светочувствительного слоя, расположенного на катоде. Катод, как правило, содержит щелочной металл. Все фотоэлементы данного типа выполняются в виде стеклянных сосудов, одна половина которых покрыта светочувствительным слоем, либо внутри помешается светочувствительная пластина (см. рис.6). Перед катодом (катод 1) располагается анод (2), выполненный в виде кольца и служащий для собирания выбитых электронов. Размеры анода должны быть невелики, чтобы не препятствовать свободному доступу света к катоду.

Рис.6. Схема вакуумного фотоэлемента.

Для изготовления катода чаще всего применяют никель. Выбитые под действием света электроны направляются в сторону анода, и во внешней цепи появляется ток, но эмиссия электрона в таких фотоэлементах так мала, что даже высокочувствительный гальванометр не может зарегистрировать этот ток. Поэтому фотоэлементы соединяют с источником тока (3), поставляющим электроны. Однако и в этом случае ток мал - приборы не в состоянии его зарегистрировать. Для усиления тока ставят электронный усилитель (5) через сопротивление (4), и затем гальванометр (6).

Характеристика:

Достоинства:

1. Выходной прибор может быть грубым, так как питается усиленным
током.

2. Фотоэлемент можно снабдить самописцем.

3. Прибор можно подключить к системе автоматического контроля.

4. Показания фотоэлементов отличаются большой (высокой)
стабильностью при долговременной работе (более 10 лет).

5. Область применения 400-700 нм..
Недостатки:

1. Фототок очень малый.

2. Для стабилизации работы фотоэлемента требуется внешний источник тока.

3. Обязательно наличие электронного усилителя, что вызывает
увеличения стоимости фотоэлемента.

4. Вакуумные фотоэлементы имеют темновые токи, появляющиеся в
результате термоэлектронной эмиссии и токов проводимости по стеклу. В
современных приборах предусматривается специальное устройство для устранения темновых токов.

Дата добавления: 2015-06-28