Com-ip.ru

КОМ IP
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Приборы вырабатывающие электрический ток под воздействием света

Фото – и термоэлектрические источники тока.

Фотоэлектрические элементы – приборы для прямого преобразования солнечной или световой энергии в электрическую, которые называются фотоэлементами (photovoltaics по-английски, образовано от греческого слова photos – свет и названия единицы измерения электродвижущей силы — вольт). Солнечный свет превращается в электричество в сделанных из полупроводникового материала, чаще всего из кремния, фотоэлементах, которые вырабатывают электрический ток под воздействием солнечного света. Крупные фотоэлектрические станции можно создавать, соединяя фотоэлементы в модули, а модули – друг с другом.

Термоэлектрический источник тока или термоэлектрический генератор (ТЭГ) состоит из термоэлектрической батареи, обычно рассчитанной на напряжение 12 В, системы нагрева горячих спаев и охлаждения холодных спаев, обеспечивающей на батареи перепад температуры 250 °С. При этом батарея площадью 75 х 75 мм2 вырабатывает 12-15 Вт.

12) Преобразователи тока и напряжения.

Дели́тель напряже́ния — устройство, в котором входное и выходное напряжение связаны коэффициентом передачи . [1]

В качестве делителя напряжения обычно применяют регулируемые сопротивления (потенциометры). Можно представить как два участка цепи, называемые плечами, сумма напряжений на которых равна входному напряжению. Плечо между нулевым потенциалом и средней точкой называют нижним, а другое — верхним. Различают линейные и нелинейные делители напряжения. В линейных выходное напряжение изменяется по линейному закону в зависимости от входного. Такие делители используются для задания потенциалов и рабочих напряжений в различных точках электронных схем. В нелинейных делителях выходное напряжение зависит от коэффициента нелинейно. Нелинейные делители напряжения применяются в функциональных потенциометрах. [1] Сопротивление может быть как активным, так иреактивным и вовсе нелинейным, как, например, в параметрическом стабилизаторе напряжения.

Трансформа́тор (от лат. transformo — преобразовывать) — это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений), без изменения частоты [1] [2] .

Трансформатор осуществляет преобразование переменного напряжения и/или гальваническую развязку в самых различных областях применения — электроэнергетике, электронике и радиотехнике.

Конструктивно трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток (катушек), охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкого материала.

Естествознание. 11 класс

Конспект урока

Естествознание, 11 класс

Урок 18. Корпускулярные свойства света. Приборы, использующие корпускулярные свойства света

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

  • какова роль знаний о корпускулярных свойствах света для объяснения принципа действия оптических приборов;

Глоссарий по теме:

Внешний фотоэффект – испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения с поверхности металла.

Внутренний фотоэффект – это вызванные электромагнитным излучением переходы электронов внутри полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в свободные без вылета наружу.

Вакуумный фотоэлемент – прибор, преобразующий переменный световой поток в переменный электрический ток.

Фоторезистор – резистор с переменным под действием света сопротивлением.

Солнечные фотопреобразователи – приборы вырабатывающие электрический ток под действием света.

Фоточувствительные приборы с зарядовой связью – приборы в которых под действием света накапливается электрический заряд, который потом считывается и преобразуется в электрический сигнал.

Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц):

  • Естествознание. 11 класс: Учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд. – М.: Просвещение, 2017 – §28, С. 98-99.
  • Физика. 11 класс [Текст]: учебник для общеобразоват. учреждений: базовый уровень; профильный уровень/А.В. Грачев, В.А. Погожев, А.М. Салецкий и др.- М.: Вентана-Граф, 2018. – 464 с.
  • http://ens.tpu.ru/POSOBIE_FIS_KUSN/Квантовая%20оптика.%20Атомная%20и%20ядерная%20физика.%20Физика%20элементарных%20частиц/02-1.htm
  • http://mirznanii.com/a/322112/fotoeffekt

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Из курса физики вы знакомы с явлением фотоэффекта. Это явление было открыто немецким физиком Генрихом Герцем и независимо от него русским физиком Александром Григорьевичем Столетовым. Также немаловажную роль в изучении фотоэффекта принадлежит Альберту Эйнштейну.

Выделяют внешний, внутренний, вентильный и многофотонный фотоэффект.

Первый прибор, в основе работы которого лежит внешний фотоэффект – это вакуумный фотоэлемент, который исторически был первым фотодатчиком.

Вакуумный фотоэлемент представляет собой колбу с откаченным воздухом, внутри которой находятся два электрода. Анод – это петля или диск в центре колбы для улавливания фотоэлектронов, а катод – металлическое напыление тонким слоем на стенке колбы. В чём же заключается принцип действия?

В соответствии с фотоэффектом сила тока, создаваемая выбитыми из металла электронами, пропорциональна интенсивности падающего излучения, таким образом, переменный световой поток превращается в переменный электрический ток. Недостатком такого типа элемента являются большие габариты – из-за этого они почти не используются. Но выбрав материал катода с красной границей фотоэффекта в области UV-излучения можно получить прибор, реагирующий только на эти волны и создающий минимальный шум — датчики UV- излучения для пожарных извещателей.

Логическим продолжением вакуумных фотоэлементов являются фотоэлектронные умножители (ФЭУ). Или квантовые усилители света. Они предназначены для регистрации очень слабого света, они могут регистрировать даже отдельные фотоны. Используются для регистрации элементарных частиц и в приборах ночного видения (1 ФЭУ – 1 пиксель).

Фотоэлементы используют в качестве датчиков в разных устройствах.

Комбинация фотоэлемента с реле используется в турникетах метро. Турникет закрывается, когда прерывается световой поток.

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. Длительное время применяли внешний фотоэффект в телевидении. Электронно-лучевая трубка или кинескоп телевизора преобразовывала изображение в электрический сигнал.

В отличие от металлов в полупроводниках наблюдается внутренний фотоэффект. Под действием света электрон, поглотивший квант света не покидает кристаллическую решётку материала, а переходит в состояние с большей энергией, становится более свободным, и может двигаться по кристаллу, создавая электрический ток.

Внутренний фотоэффект нашёл ещё большее применение, чем внешний.

Во-первых, фоторезисторы, в которых под действием света происходит изменение электрического сопротивления, используются в качестве датчиков, так же, как и фотоэлементы, но имеют значительно меньший размер.

Во вторых, они имеют низкую стоимость и чаще применяются как датчики освещения.

Во-вторых, внутренний фотоэффект применяется в солнечных фотопреобразователях, вырабатывающих электрический ток под действием света. Эти устройства работают в солнечных батареях.

Также есть приборы, которые не только вырабатывают, но и накапливают электрический заряд. Такие приборы называются – фоточувствительные приборы с зарядовой связью.

Совокупность из таких приборов на одном кристалле образует ПЗС (прибор с зарядовой связью) матрицу. Каждый из этого множества элементов отвечает за преобразование света в электрический сигнал. Прибор имеет малые размеры и малое потребление энергии. В настоящее время ПЗС-матрицы применяются в фотоаппаратах, видеокамерах, мобильных телефонах. В заключении урока остановимся ещё на одном устройстве, использующем квантовые свойства света.

Читать еще:  Провод пружинный спиральный кабель

Это оптический квантовый генератор или лазер. Вынужденное излучение происходит в результате квантового перехода с более высокого энергетического уровня на более низкий. Подробно о лазерном излучении и применении лазеров вы узнаете на следующем уроке.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

Текст задания 1: К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго.

Тип фотоэффекта

Определение

Явление, при котором электрон, испускаемый металлом, может одновременно получить энергию не от одного, а от нескольких фотонов.

возникновение ЭДС (фото-ЭДС) при освещении контакта двух разных полупроводников или полупроводника и металла (при отсутствии внешнего электрического поля).

испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения.

это вызванные электромагнитным излучением переходы электронов внутри полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в свободные без вылета наружу.

Правильный вариант:

Вид фотоэффекта

определение

испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения.

это вызванные электромагнитным излучением переходы электронов внутри полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в свободные без вылета наружу.

возникновение ЭДС (фото-ЭДС) при освещении контакта двух разных полупроводников или полупроводника и металла (при отсутствии внешнего электрического поля).

явление, при котором электрон, испускаемый металлом, может одновременно получить энергию не от одного, а от нескольких фотонов.

Текст задания 2.:

Вставьте пропущенные слова, выбирая из списка правильные ответы:

Вакуумный фотоэлемент прибор, преобразующий переменный ___________ в переменный ____________.

Импульс; электрический ток; световой поток; поток интенсивности.

Правильный вариант: световой поток; электрический ток.

AUDIO-VISUAL PROFESSIONAL EQUIPMENT AV PRO

  • Звуковое оборудование
  • Решения для сшивки и маппинга Dataton
  • Термальные камеры
  • Проекторы
  • Интерактивное оборудование
  • Лазерный тир
  • Экраны для проекторов
  • Видеоконференц-камеры
  • Конференц-системы
  • Дисплеи для видеостен и рекламы
  • Коммутационное оборудование
  • Система автоматизации/Умный Дом
  • Системы записи и трансляции видео
  • Терминалы для компьютерных классов
  • Энергоэффективность и энергосбережение
    • LED освещение
    • Гелиотермальные системы
    • Зеленый тариф
    • Солнечные электростанции (ФЭС)
    • Типовые решения

Последние статьи

  • Каталог
  • Энергоэффективность и энергосбережение
  • Солнечные электростанции (ФЭС)

Эксперты полагают, что уже в предстоящее десятилетие солнечная энергетика станет коммерчески рентабельной, а затем превзойдет по объемам производимой энергии традиционную энергетику.

Сегодня мы более детально разберемся из чего строятся фотоэлектрические системы и уделим внимание каждому ее компоненту.

Статьи по теме:

Основные компоненты фотоэлектрических систем:

А – Солнечная батарея

В – Контроллер солнечного заряда

С – Аккумуляторная батарея

E – Соединительная коробка

F – Потребитель (230В)

Солнечная батарея или фотоэлемент из которого собирается фотоэлектрический массив – это устройство для прямого преобразования световой или солнечной энергии в электроэнергию, включенные параллельно-последовательно. При этом генерируется постоянный ток. Пространственная ориентация и наклон панелей также, как и падающие на них тени от окружающих предметов, являются важными параметрами дизайна системы. Преобразование солнечного света в электричество происходит в фотоэлементах, изготовленных из полупроводникового материала, например, кремния, которые под воздействием солнечного света вырабатывают электрический ток. Соединяя фотоэлементы в модули или массивы, а те, в свою очередь, друг с другом, можно строить крупные фотоэлектрические станции. КПД фотоэлектрических установок в настоящее время составляет около 8-17%, однако отдельные фотоэлементы могут достигать эффективности 20% и более.

Современное производство фотоэлементов практически полностью основано на кремнии. Около 80% всех модулей производится с использованием поли- или монокристаллического кремния, а остальные 20% используют аморфный кремний. Кристаллические фотоэлементы — наиболее распространенные, обычно они имеют синий цвет с отблеском. Аморфные, или некристаллические — гладкие на вид и меняют цвет в зависимости от угла зрения. Монокристаллический кремний имеет наилучшую эффективность (около 14%), но он дороже, чем поликристаллический, эффективность которого в среднем составляет 11%. Аморфный кремний широко применяется в небольших приборах, таких как часы и калькуляторы, но его эффективность и долгосрочная стабильность значительно ниже, поэтому он редко применяется в силовых установках.

Солнечные элементы из монокристаллического кремния имеют наибольшее КПД преобразования солнечной энергии: 14-17%. Срок их службы около 20 лет. Технология изготовления сверхчистого кремния «солнечного» качества, являющегося базовым материалом для монокристаллических фотоэлементов, хорошо освоена и отработана. Монокристалл кремния вырастает из семени, медленно вытягивающегося из кремниевого расплава. Полученные в результате стержни нарезаются на диски толщиной 0,2-0,4 мм. Затем диски подвергаются ряду производственных операций, которые превращают их в монокристаллические фотоэлементы. Основным недостатком монокристаллических фотоэлементов является их высокая стоимость, 50- 70% которой составляет цена самого кремния. Снижение мощности при затенении или сильной облачности — это еще один существенный минус этих фотоэлементов.

Солнечные элементы из поликристаллического кремния обладают меньшей эффективностью в сравнении с монокристаллическими (КПД составляет 10-12 %) и имеют меньший ресурс – до 10 лет, но их стоимость меньше за счет меньшего расхода энергии при изготовлении. К тому же, мощность поликристаллических фотоэлементов зависит от затенения в меньшей степени, чем монокристаллических. Образование поликристаллического кремния происходит при медленном охлаждении кремниевого расплава. Меньшая эффективность объясняется наличием внутри кристалла поликристаллического кремния областей, отделенных своеобразными зернистыми границами, которые препятствуют более высокой производительности элементов.

Солнечные элементы из аморфного кремния еще менее эффективны, чем из кристаллического кремния — КПД их порядка 8%. Правда они менее долговечны. Низкое энергопотребление, простота производства и невысокая его стоимость, возможность производства больших по размерам элементов делает модули из аморфного кремния востребованными в самых широких сферах человеческой деятельности. Аморфный кремний достаточно широко применяется при производстве часов и калькуляторов, однако его нельзя применять для установок с высокой мощностью вследствие меньшей стабильности. Такие модули эффективны даже в условиях слабой освещенности и облачности и лучше защищены от агрессивного влияния внешних факторов. Фотоэлементы из аморфного кремния намного дешевле фотоэлементов из кристаллического кремния, поскольку слой кремния в них составляет всего 0,5-1,0 мкм. Сфера применения их гораздо шире, чем кристаллических.

Контроллер солнечного заряда преобразует поступающее от солнечных панелей напряжение в пригодное для заряда и содержания аккумуляторной батареи. Он защищает батарею от чрезмерной зарядки и глубокой разрядки. Если батарея полностью заряжена, регулятор снижает уровень тока, вырабатываемого солнечным модулем до величины, компенсирующей саморазряд. И наоборот, регулятор прерывает поставку энергии на потребляющие приборы, когда аккумулятор разряжается до критического уровня. Таким образом, внезапное прекращение энергоснабжения может быть вызвано не поломкой в системе, а результатом действия этого защитного механизма.

Так же они оборудованы разнообразными индикаторами-светодиодами, а более продвинутые модели — LCD-дисплеями, которые отмечают состояние работы, режимы и поломки системы. В некоторых моделях отмечается уровень зарядки батареи, хотя его весьма трудно определить с точностью.

Аккумуляторная батарея – это один или множество параллельно-последовательно соединенных аккумуляторных блоков (элементов) для создания одной батареи с необходимым напряжением и емкостью. Основная его функция — накопление электрической энергии во время солнечного максимума для ее дальнейшего использования в ночное время и пасмурные дни.

Читать еще:  Провод подсветки приборной панели приора

В качестве компонента домашней солнечной энергетической установки, аккумулятор выполняет три задачи:

— покрывает пиковую нагрузку, которую не могут покрыть сами фотоэлектрические модули (резервный запас).

— дает энергию в ночное время (кратковременное хранение).

— компенсирует периоды плохой погоды или слишком высокого энергопотребления (среднесрочное хранение).

Наиболее доступные по цене и имеющиеся во всем мире — автомобильные аккумуляторы. Однако они предназначены для передачи большого тока в течение короткого промежутка времени. Они плохо выдерживают продолжительные циклы зарядки-разрядки, типичные для солнечных систем, а так же имеют достаточно высокий саморазряд. Промышленность выпускает разнообразные аккумуляторные батареи для систем резервного питания, в том числе т.н. солнечные аккумуляторы, которые отвечают данным требованиям. Их главная особенность — низкая чувствительность к работе в циклическом режиме и низкий саморазряд. Эффективность автомобильных батарей составляет около 75%, тогда как специализированные аккумуляторы имеют несколько лучшие показатели – 80…85%. Так же со временем теряется часть емкости аккумулятора при каждом цикле заряд-разряд, пока не снижается настолько, что его приходится заменять. Специализированные аккумуляторы для систем резервного питания служат значительно дольше, чем мощные автомобильные, срок службы которых составляет всего 2-3 года против 8-10.

Факторы, влияющие на срок службы аккумулятора:

— Значения зарядных и разрядных токов

— Глубина разряда аккумулятора

— Величина напряжений стадий заряда и внесение температурной компенсации в эти напряжения

— Температура внешней среды.

Аккумуляторные батареи должны быть одного производителя, одной емкости, с одинаковым сроком изготовления и с одной партии поставки.

Инвертор превращает постоянный ток низкого напряжения в стандартный переменный (220 В, 50 Гц). Инверторы бывают от 250 Вт до свыше 8000 Вт. Инверторы мощностью 3000 Вт и выше зачастую способны работать до нескольких шт. в параллельном подключении, увеличивая общую выходную мощность в соответствующее количество раз. Так же их можно объединять для построения 3-фазной сети. Электричество, вырабатываемое современными синусоидальными инверторами, отличается лучшим качеством, чем то, которое поступает к вам домой из местной энергосистемы. Существуют также «модифицированные» синусоидальные инверторы — они не так дороги, но при этом пригодны для большинства домашних задач. Они могут создавать небольшие помехи, «шум» в электронном оборудовании и телефонах. Инвертор также может служить «буфером» между домом и коммунальной энергосистемой, позволяя продавать избыток электроэнергии в общую электросеть.

Очень важным фактором экономического анализа является срок эксплуатации фотоэлектрической системы:

  • Срок службы фотоэлектрических панелей без заметного снижения КПД оценивается в 20-25 лет.
  • Каркасы и крепления из алюминия и нержавеющей стали (используются в большинстве фотоэлектрических систем) — срок службы не ниже фотоэлектрических модулей.
  • Аккумулятор. В зависимости от характера цикла заряд/разряд, либо буферный режим работы (разряд не более, чем на 30%), средний срок службы составляет от 4 до 10-12 лет.
  • Контроллеры заряда аккумуляторов рассчитаны по меньшей мере на 10 — 15 лет безремонтной эксплуатации.
  • Инверторы обычно служат не менее 10 — 15 лет. Многие производители дают гарантийный срок эксплуатации 5 лет

И самое главное: стоимость 1 Вт. мощности системы примерно составляет от $3 до 4, в зависимости от используемых комплектующих – фотоэлектрических модулей, аккумуляторных батарей, инверторов.

Электрический глаз

Электроника для начинающих

В конце прошлого столетия рус­ский ученый — профессор (физики Московского универ­ситета А. Г. Столетов открыл замечательное явление. Ока­залось, что в некоторых веществах, на­пример в цинке, под действием света возникает электрический ток. Если на­править на цинковую пластинку яркий луч, прибор зарегистрирует появление слабого тока.

При воздействии на пластинку меня­ющимся по силе световым потоком электрический ток потечет через нее не равномерно, а будет соответствен­но меняться по силе.

Приборы, в которых под влиянием света возникает электрический ток, по­лучили наименование фотоэлементов. Называют их также электрическими «глазами» — ведь они превращают энергию света в энергию электричест­ва, по-своему «чувствуют» свет.

В настоящее время электрические «глаза» применяются в самых различ­ных областях науки и техники. Один из главных потребителей фотоэлемен­тов — звуковое кино. Именно с их по­мощью удается ясно и отчетливо вос­производить звук с его фотографиче­ской записи на киноленте.

Представьте себе, что кинопленка с записанным звуком движется, а на ее звуковую дорожку направлен очень тонкий луч света. Если мы будем наб­людать за этим лучом через пленку, то увидим, что он мигает. Это темные и светлые места звуковой дорожки то больше, то меньше заслоняют свет. Равномерный световой поток превра­тился в колеблющийся. Нетрудно дога­даться, что эти колебания в точности будут соответствовать записанным на звуковой дорожке. Вот тут-то и нужен электрический «глаз», чтобы колебания светового потока превратить в колеба­ния электрического тока.

Что происходит с колеблющимся электрическим током дальше, вам уже известно. Усилитель увеличивает сла­бые электрические колебания до необ­ходимого уровня, и громкоговоритель воспроизведет их как звук.

Устройство одного из фотоэлемен­тов — ЦГ-3, используемого в узкопле­ночных кинопроекторах, показано на рисунке 1. Это небольшой шарообраз­ный стеклянный баллон с двумя метал­лическими цилиндриками — выводами электродов. На внутреннюю поверх­ность баллона нанесен тончайший слой серебра (так называемая подкладка), а поверх него слой цезия — катод. Он соединен с цилиндриком меньшего ди­аметра и обозначается знаком «—». В центре стеклянного баллона на стер­женьке укреплено металлическое коль­цо — анод. Он соединен с цилиндри­ком большего диаметра, который обо­значается знаком « + ». Баллон фотоэ­лемента наполнен гелием.

На рисунке 2 дано условное графи­ческое обозначение ионных (газона­полненных) фотоэлементов. Внутри ок­ружности изображены горизонтальная черточка — анод и небольшая дуга внизу—катод. Жирная точка слева ука­зывает на то, что баллон заполнен га­зом.

Фотоэлемент ЦГ-3 относится к груп­пе приборов с внешним фотоэффек­том. Называют их так потому, что у них электроны под действием света вы­летают из катода в окружающее про­странство.

Другая группа — элементы с внут­ренним фотоэффектом. Это фоторези­сторы, фотодиоды и фототранзисторы.

Фоторезисторы — полупроводнико­вые резисторы, сопротивление которых изменяется под действием электромаг­нитного излучения оптического диапа­зона. Светочувствительный элемент у таких приборов представляет собой прямоугольную или круглую таблетку, спрессованную из полупроводникового материала, или тонкий слой полупро­водника, нанесенный на стеклянную пластинку — подложку. Полупроводни­ковый слой с обеих сторон имеет вы­воды для включения фоторезистора в электрическую цепь. Светочувствитель­ный элемент с выводами помещен в круглый, овальный или прямоугольный пластмассовый корпус небольших раз­меров (рис. 3).

На принципиальных схемах фоторе­зисторы обозначаются символом рези­стора, помещенного внутри окружнос­ти, рядом с которым, слева вверху, изображены две наклонные парал­лельные стрелки, направленные в сто­рону символа (рис. 4).

Электропроводность слоя полупро­водника изменяется в зависимости от его освещенности. Чем сильнее он ос­вещен, тем меньше его сопротивление и, следовательно, больше ток, который через него проходит. Таким образом, данный прибор может быть использо­ван для автоматического включения и выключения различных механизмов.

Читать еще:  Сенсорный электронный выключатель освещения

Фотодиоды являются разновиднос­тью полупроводниковых диодов с р-п переходом (см. «М-К» № 12 за 1982 г., «Улица с односторонним дви­жением»). Пока фотоэлемент не осве­щен, запирающий слой препятствует взаимному обмену электронов и дырок между слоями р и п. При облучении свет проникает в слой р и выбивает из него электроны. Освобожденные элект­роны проходят в слой п и там нейтра­лизуют дырки. В результате электриче­ское поле, создаваемое парами дополнительных носителей зарядов (электро­нов и дырок), в р-п переходе усили­вается и между выводами фотодиода возникает разность потенциалов — фо-тоЭДС величиной в несколько десятых долей вольта. Если к выводам присое­динить нагрузку, то через нее потечет постоянный ток. Такой режим фотодиода, называемый вентильным, используется для непосредственного преобразова­ния световой энергии в электрическую.

Фотодиоды, как и гальванические элементы, соединяют в батареи, чтобы получить большие напряжения и токи (последовательно или параллельно). На этом принципе устроены солнечные ба­тареи, вырабатывающие электрический ток за счет лучистой энергии солнца.

Условные графические обозначения солнечных элементов и батарей пост­роены на основе символа гальваниче­ского элемента, помещенного в окру­жность или в овал, с левой стороны кото­рого изображен знак фотоэлектриче­ского эффекта (рис. 5). На месте буквы п в обозначении солнечной батареи указы­вают число образующих ее элементов.

Фотодиоды могут действовать по­добно фоторезисторам. Для этого р-п переход полупроводникового при­бора запирают небольшим постоянным напряжением от внешнего источника питания.

Когда свет падает на фотодиод, со­противление запирающего слоя умень­шается и проходящий через него ток возрастает. При отсутствии освещения через фотодиод протекает незначи­тельный обратный (темновой) ток. Та­кой режим называют фотодиодным.

Внешний вид фотодиодов показан на рисунке 6. На принципиальных схемах их обозначают теми же символами, что и светодиоды (см. «М-К» № 1 за 1986 г., «Светящийся кристалл»), но две наклонные параллельные стрелки в обозначении фотодиода помещены сле­ва от круга и направлены в его сторо­ну (рис. 7).

Фототранзисторы — фотоэлементы,, основой которых служат транзисторы. Любой транзистор может быть превра­щен в фототранзистор. Дело в том, что у транзистора ток коллектора сильно зависит от освещенности коллекторно­го перехода. Чтобы в этом убедиться, осторожно спилите верхнюю часть кор­пуса и, подключив к транзистору исто­чник постоянного тока, осветите полу­проводниковый прибор. Если а коллекторную цепь включить миллиамперметр, он при сильном освещении кристалла транзистора покажет коллекторный ток в несколько миллиампер. Это свойство транзисторов широко используется ра­диолюбителями в различных электрон­ных самоделках.

Чем мощнее такие фотоэлементы и сильнее источники света, тгм значи­тельнее изменения коллекторного тока, тем эффективнее работа прибора. У транзистора П201, например, при осве­щении его кристалла электролампой мощностью 75—100 Вт коллекторный ток возрастает до 1 А. Такой ток до­статочен для питания электромотор­чика для игрушек, начинающего рабо­тать при освещении фототранзистора.

С практическим применением фото­транзистора предлагаем познакомиться на примере фотореле.

Фотореле служит для автоматическо­го включения или отключения различ­ных исполнительных устройств (элект­ролампы, звонка, приборов) при изме­нении освещенности. В качестве чувст­вительного элемента применен фото­транзистор (рис. 8).

Резистор R1 (рис. 10) и фототранзи­стор VT1 образуют делитель напряже­ния. При понижении освещенности со­противление VT1 возрастает и транзи­стор VT2 открывается, a VT3 закрыва­ется: реле К1 своей контактной систе­мой замыкает цепь питания исполни­тельного устройства.

Переменным резистором R1 регули­руют порог освещенности, R3 — порог чувствительности, им же можно расши­рить предел освещенности. Конденса­тор С1 предназначен для более четко­го срабатывания реле при большой чувствительности и изменениях осве­щения фототранзистора.

Фотореле собирают на гетинаксовой плате толщиной 1,5 мм (рис. 9) и раз­мещают в любом подходящем корпу­се, в котором прорезают окно разме­ром 5X5 мм. К нему с внутренней сто­роны корпуса приклеивают кусочек оконного стекла.

Фототранзистор изготавливают из транзистора серий МП40—МП42 (рис. 11). «Шляпку» полупроводниково­го прибора надкусывают по окружно­сти кусачками и удаляют. Затем к ободку приклеивают гайку М8—М10, а ее, в свою очередь, ,к стеклу.

Транзисторы МП25А можно заменить • а МП42А, МП266, МГТ21Г. Переменные резисторы R1, R3 — СПО-0,5 е ха­рактеристикой А, конденсаторы — эле­ктролитические К50-ЗБ, ЭМ, реле РЭС-10 (паспорт. РС4.524.304).или дру­гое с напряжением срабатывания 9 — 15 В и сопротивлением обмотки 175— 440 Ом.

Силовой трансформатор имеет на­пряжение; на вторичной обмотке 13 В, например, выходной трансформатор ТВК-110 кадровой развертки телевизо­ра, можно применить автономное пи­тание.

Правильно собранное устройство на­чинает работать сразу. В верхнем по схеме положении движков переменных резисторов R1, R3 и при закрытом фо­тотранзисторе должно срабатывать ре­ле К1. Если этого не происходит, про­верьте правильность монтажа или под-барите реле К1 по напряжению пита­ния. При нечетком срабатывании реле ослабьте пружину якоря. Резистор R1 установите на корпусе, чтобы удобнее было подбирать чувствительность.

А вот еще одна конструкция, дейст­вующая на – принципе преобразования света. Речь идет о радиоприемнике, ра­ботающем от солнечных или других световых лучей. Он воспринимает их встроенной в корпус «сетчаткой», со­стоящей из 20 фотодиодов КФДМ. Они преобразуют световую энергию в электрическую, достаточную для пита­ния радиоприемника, собранного по схеме 2-V-1 (рис. 12). Солнечная бата­рея развивает ЭДС 0,5 В, а ток, потре­бляемый радиоустройством, составляет 0,5 мА. Автор конструкции — И. Кар­тузов.

Входной контур ферритовой антенны WA1 настроен на I программу радио­вещания. Катушка L1 содержит 250, а L2 — 10 витков провода ПЭЛШО 0,2, намотанного на круглом ферритовом стержне 600НН длиной 60 и 0 8 мм. Конденсатор С1 составлен из трех па­раллельно включенных конденсаторов общей емкостью 880 пФ.

Сигнал с катушки L2 поступает на двухкаскадный усилитель радиочастоты на транзисторах VT1 и VT2. А после детектирования с помощью диодов VD1 и VD2 низкочастотная составляю­щая подается на однокаскадный УЗЧ (VT3), на выхода которого включен «наушник» ТМ-2А.

Дроссели L3, L4 — нагрузки транзи­сторов VT1, VT2 — намотаны на сдво­енных ферритовых кольцах марки Ф1000 и содержат по 320 витков про­вода ПЭЛШО 0,06. Внешний диаметр колец 7 мм, внутренний — 4 мм.

Резисторы УЛМ, МЛТ-0,25 или МЛТ-0,5, конденсаторы С2—С5 НЗО, С6 К53-6. Транзисторы имеют коэффициент уси­ления по току li2u=^90.

Фотодиоды солнечной батареи вклю­чены параллельно (рис. 13) в два ряда по 10 штук в каждом и выведены сво­ими рабочими площадками на перед­нюю панель радиоприемника. На тех же шинах, к которым припаяны фото­диоды, смонтированы и остальные эле­менты приемника.

Корпус радиоприемника (рис. 14) раз­мером 70X50X16 мм выполнен из орг­стекла. Внутри корпуса сделаны специ­альные углубления для ферритовой ан­тенны и солнечной батареи. Сзади к корпусу привинчена крышка из орг­стекла толщиной 1—1,5 мм.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector