Применение фотоэффекта

Применение  фотоэффекта

В природе  существует три вида фотоэффекта: внешний, внутренний и вентильный. Все они нашли широкое применение в практике.

Приборы, в  основе принципа действия которых лежит  явление фотоэффекта, называют фотоэлементами. Фотоэлементы, действие которых основано на внешнем фотоэффекте, имеют следующее устройство. Внутренняя поверхность стеклянного баллона, из которого выкачан воздух, покрыта светочувствительным слоем (Катод) с небольшим прозрачным для света участком - "окном" для доступа света внутрь баллона. В центре баллона находится металлическое кольцо (Аннод). От электродов К и А сделаны выводы для подключения фотоэлемента к электрической цепи. В качестве светочувствительного слоя обычно используют покрытия из щелочных металлов, имеющих малую работу выхода, т.е. чувствительных к видимому свету (изготовляют и фотоэлементы, чувствительные только к ультрафиолетовым лучам).

Фотоэлементы, использующие внешний  фотоэффект, преобразуют в электрическую  энергию лишь незначительную часть  энергии излучения. Поэтому в  качестве источников электроэнергии их не используют, зато широко применяют  в различных схемах автоматики для  управления электрическими цепями с  помощью световых пучков.

В качестве примера рассмотрим принцип  действия фотоэлектрического реле, срабатывающего при прерывании светового потока, падающего на фотоэлемент. Фотореле состоит из фотоэлемента Ф, усилителя фототока, в качестве которого используют полупроводниковый триод (транзистор) Т, и электромагнитного реле, включенного в цепь коллектора транзистора. Напряжение на фотоэлемент подают от источника тока E1, а на транзистор — от источника тока Е2. Между базой и эмиттером транзистора включен нагрузочный резистор R.

Когда фотоэлемент освещен, в его цепи, содержащей резистор R, идет слабый ток, потенциал базы транзистора выше потенциала эмиттера, и ток в коллекторной цепи транзистора отсутствует.

Если же поток света, падающий на фотоэлемент, прерывается, ток в  его цепи сразу прекращается, падение  напряжения на резисторе становится равным нулю и лампа отпирается. Через обмотку электромагнитного  реле идет анодный ток, реле срабатывает и его контакты замыкают исполнительную цепь, функциями которой могут быть остановка пресса, в зону действия которого попала рука человека; выдвигание преграды в турникете метро и т.д.

С помощью фотоэлементов осуществляется воспроизведение звука, записанного  на кинопленке а также передача движущихся изображений (телевидение).

В аэронавигации, в военном деле широкое применение нашли фотоэлементы, чувствительные к инфракрасным лучам. Инфракрасные лучи невидимы, облака и  туман для них прозрачны.

На явлении внутреннего фотоэффекта  основана работа фото-сопротивлений.

Простейшее фотосопротивление  представляет собой пластинку изолятора, на которую нанесен тонкий слой полупроводника. При освещении пластинки возникает  фотопроводимость и в цепи фотосопротивления  идет ток. Фотосопротивления применяются  в звуковом кино, для сигнализации, в телевидении, автоматике и телемеханике.

Фотосопротивления позволяют на расстоянии автоматически обнаружить нарушения  нормального хода различных производственных процессов и останавливать в  этих случаях процессы. При нарушениях нормального хода процесса может  измениться световой поток, попадающий на фотоэлемент, в результате изменяется сила фототока, и изменяется ход  всего процесса.

Фотосопротивления применяются для  сортировки массовых изделий по их размерам и окраске. Пучок света  падает на фотоэлемент, отразившись  от сортируемых изделий, которые  непрерывно подаются на конвейер. Окраска  изделия или его размер определяют световой поток, попадающий на фотоэлемент, и силу фототока. В зависимости  от силы фототока автоматически производится сортировка изделий.

При вентильном фотоэффекте электроны  переходят из освещённой области в неосвещённую. В вентильном фотоэлементе под действием света возникает разность потенциалов и он может служить источником тока. Фотоэлемент состоит из металлической пластинки, на которую наносится тонкий слой селена, покрытый сверхтонким прозрачным слоем золота. Чем больше света, тем выше напряжение. Это позволяет использовать фотоэлемент в люксметрах для определения освещенности. В качестве источника тока вентильный фотоэлемент используется в солнечных батареях на космических станциях, а так же как источник питания малой мощности в микрокалькуляторах, часах, в транзисторных маломощных приёмниках.