Виды фотоэлектрических преобразователей
Фотоэлектрический преобразователь – это преобразователь, у которого выходной сигнал изменяется в зависимости от светового потока, который падает него.
Фотоэлектрические преобразователи делятся на три типа:
- Фотогальванические преобразователи.
- Фотоэлементы с внешним фотоэффектом.
- Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом.
Фотоэлементы с внешним фотоэффектом представляют собой газонаполненные или вакуумные сферические стеклянные баллоны, на внутреннюю поверхность которых наносится фоточувствительный материал, образующий катод. Анод в данных устройствах выполняется в виде сетки или кольца никелевой проволоки. В затемненном состоянии через устройство проходит темновой ток, из-за термоэлектронной эмиссии и утечки между электродами. Во время освещения катод имитирует электроны. Если между катодом и анодом приложено напряжение, то электроны образуют электрический ток. Фотоэлементы с внешним фотоэффектом требуют использования усилителей, потому что их мощность мала. Вольтамперные характеристики таких устройств имеют различный вид кривых насыщения. Преобразование света в вакуумных фотоэлементах зависит от напряжения питания незначительно, поэтому его динамическое сопротивление почти не изменяется.
Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом или фоторезисторы представляют собой однородную полупроводниковую пластину с контактами. Пластина изменяет свое сопротивление под действием светового потока. Внутренний фотоэффект заключается в появлении свободных электронов, которые выбиваются квантами света из электронных орбит атомов, остающихся свободными внутри вещества. Данные устройства обладают высокой чувствительностью и линейной вольтамперной характеристикой, то есть их сопротивление не зависит от приложенного напряжения. Чувствительность, темповое сопротивление и инерционность зависят от температуры.
Фотогальванические преобразователи представляют собой активные светочувствительные полупроводники, которые создают вследствие фотоэффекта в запорном слое свободные электроны и электродвижущую силу при поглощении света. Фотогальваническими преобразователями являются фототранзисторы и фотодиоды. Фотодиоды работают в двух режимах: фотодиодном и генераторном. Фототранзисторы представляют собой полупроводниковые приемники лучистой энергии с двумя и более р-n-переходами, где совмещены фотодиод и усилитель фототока.
Область применения фотоэлектрических преобразователей
Фотоэлектрические преобразователи используются:
- В коммуникационных системах (мобильные сети, телефонные сети, ретрансляторы, автономные системы контроля и управления). Мощность фотоэлектрических установок может достигать нескольких киловатт.
- В подзарядке аккумуляторов. Если аккумуляторная батарея продолжительное время не эксплуатируется, то ее емкость уменьшается. Использование фотоэлектрических преобразователей решает проблему саморазряда и является наиболее дешевым и надежным способом.
- В катодной защите. Фотоэлектрические преобразователи широко применяются в качестве источника питания систем защиты от коррозии телекоммуникационных вышек, газопроводов, подземных конструкций зданий и подземных металлических резервуаров, которые подвергаются агрессивному воздействию окружающей среды. В данном случае мощность фотоэлектрических установок не превышает 10 киловатт.
- В сигнальных устройствах. Фотоэлектрические преобразователи используются в питании огней безопасности, которые устанавливаются на высотных сооружениях, линиях электропередач, автономных установках охранной сигнализации, а также в звуковых и световых сигнальных устройствах на автомобильных и железнодорожных дорогах.
- В освещении. В сочетании с аккумуляторными батареями фотоэлектрические преобразователи применяются для освещения парковочных и дорожных знаков, рекламных щитов и т. п.
- В удаленном мониторинге. Фотоэлектрические установки обеспечивают питание автономных метеостанций, станциях автономного контроля уровня и температуры воды, расхода жидкостей в трубопроводах и т. п.
