29. FOTOREZYSTORY - BUDOWA , ZASADA DZIAŁANIA

Fotorezystor jest elementem światłoczułym. Jego rezystancja zmienia się pod wpływem padającego promieniowania i nie zależy od kierunku przyłożonego napięcia, podobnie jak rezystancja zwykłego rezystora.

Oświetlenie fotorezystora powoduje zwiększenie przepływającego prądu (zmniejsza się jego rezystancja). Prąd będący różnicą całkowitego prądu płynącego przez fotorezystor i prądu ciemnego (prąd płynący przez fotorezystor przy braku oświetlenia) nazywamy prądem fotoelektrycznym. Jego wartość zależy od natężenia oświetlenia.

Fotorezystory wykonuje się najczęściej w postaci cienkich półprzewodnikowych warstw monokrystalicznych lub polikrystalicznych naniesionych izolacyjne np. szklane podłoże. Materiał światłoczuły rozdzielają dwie metalowe elektrody mające wyprowadzenia. Elektrody te często mają kształt grzebieniowy. Nad powierzchnią światłoczułą umieszcza się okienko i zamyka w obudowie, chroniącej przed uszkodzeniami, a niekiedy umożliwiającej pracę w obniżonej temperaturze (tzw. naczynie Dewara).

30. FOTOOGNIWA - BUDOWA , ZASADA DZIAŁANIA

Ogniwo fotowoltaiczne (inaczej fotoogniwo, solar lub ogniwo słoneczne) jest urządzeniem służącym do bezpośredniej konwersji energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną, poprzez wykorzystanie półprzewodnikowego złącza typu p-n, w którym pod wpływem fotonów, o energii większej niż szerokość przerwy energetycznej półprzewodnika, elektrony przemieszczają się do obszaru n, a dziury (zob. nośniki ładunku) do obszaru p. Takie przemieszczenie ładunków elektrycznych powoduje pojawienie się różnicy potencjałów, czyli napięcia elektrycznego.

Proces ten odbywa się z określoną sprawnością, nazywaną sprawnością energetyczną fotoogniwa:

Maksymalna teoretycznie sprawność krzemowych fotoogniw wynosi 19,6%, natomiast rzeczywista sprawność około 14%. Ta różnica sprawności teoretycznej i rzeczywistej zależy od strat wynikających z odbicia części promieniowania od powierzchni półprzewodnika, absorpcji promieniowania w półprzewodniku w zbyt dużych odległościach od złącza, a także od strat mocy wewnątrz fotoogniwa na skutek istnienia rezystancji szeregowej i przyrządu.

31. FOTODIODY - BUDOWA , ZASADA DZIAŁANIA

Fotodiody wykonane są jako elementy złącze p-n lub p-i-n, z warstwą zaporową. W fotodiodach kwanty energii promienistej, powodując jonizację atomów złącza pn, zwiększają liczbę par elektron-dziura. Elektrony swobodne są przyciągane przez dodatni ładunek przestrzenny na granicy obszaru typu n, dziury zaś wędrują do obszaru typu p. Prąd przewodzenia złącza pn zwiększa się wraz ze wzrostem strumienia świetlnego. Zewnętrzna bateria zasilająca wytwarza w złączu polaryzację zaporową.

Tryby pracy:

• Brak polaryzacji - dioda pracuje jako źródło prądu elektrycznego, przy oświetleniu w złączu powstaje siła elektromotoryczna wywołująca prąd elektryczny (fotoprąd lub zjawisko fotowoltaiczne).

• przy polaryzacji zaporowej - do diody podłączone jest napięcie w kierunku zaporowym, dioda pełni rolę rezystora którego opór zależy od oświetlenia. Przy braku światła płynie tzw. prąd ciemny. Po oświetleniu liczba ładunków mniejszościowych wzrasta, a co za tym idzie wzrasta prąd wsteczny.

32. FOTOTRANZYSTORY - BUDOWA , ZASADA DZIAŁANIA

Element optoelektroniczny złożony z trzech warstw półprzewodnika o kolejno zmieniających się typach przewodnictwa (n-p-n lub p-n-p). Łączy on w sobie właściwości fotodiody i wzmacniające działanie tranzystora.

Działanie fototranzystora: Złącze kolektor - baza jest wykonane jak fotodioda. Promieniowanie padające na ten obszar powoduje przepływ prądu bazy, który po wzmocnieniu powoduje prąd kolektora. Dzięki temu możliwe jest sterowanie prądem kolektora przez sygnały świetlne.

33. FOTOTYRYSTORY - BUDOWA , ZASADA DZIAŁANIA

Fototyrystorem nazywamy tyrystor umieszczony w specjalnej obudowie, umożliwiającej oddziaływanie promieniowania świetlnego na jego przełączanie ze stanu blokowania do przewodzenia. Im większe jest napięcie anoda - katoda fototyrystora, tym moc promieniowania potrzebna do przełączenia jest mniejsza. Istotną cechą fototyrystora jest to, że po przełączeniu w stan przewodzenia, utrzymuje się w nim nawet po zaniku impulsu świetlnego. Wykonywane są głównie z krzemu i wykorzystywane jako np. fotoelektryczne przekaźniki.

34. TRANSOPTORY - BUDOWA , ZASADA DZIAŁANIA

Fotoodbiorniki możemy sprzęgać z diodami elektroluminescencyjnymi, w celu przesłania sygnałów na drodze optycznej. W ten sposób uzyskujemy przekazywanie sygnałów z jednego układu do drugiego, przy galwanicznym odseparowaniu tych układów. Tak powstały przyrząd nazywamy transoptorem (dioda i fotodetektor w różnych obudowach) lub łączem optoelektronicznym (dioda i fotodetektor w jednej obudowie).

Transoptor jest półprzewodnikowym elementem optoelektronicznym, składającym się z co najmniej jednego fotoemitera i co najmniej jednego fotodetektora, umieszczonych we wspólnej obudowie

1 - fotoemiter, 2 - fotodetektor, 3 - światłowód, 4 - obudowa.

35. ZASTOSOWANIA PRZETWORNIKÓW FOTOELEKTRYCZNYCH

Czujnik fotoelektryczny - czujnik reagujący na zmianę intensywności docierającego do niego strumienia światła. Może być wykorzystywane zarówno światło widzialne jak również podczerwone lub laserowe. W zależności od tego, na jakim elemencie oparta jest budowa czujnika, inna wielkość elektryczna jest zmieniana:

jeśli czujnik zbudowano w oparciu o fototranzystor - zmienia się napięcie,

jeśli fotorezystor - zmienia się oporność,

jeśli fotodioda - prąd.

Do najczęstszych zastosowań należy detekcja umieszczenia ciała obcego w pewnym obszarze. W tym układzie z czujnikiem związane jest źródło światła (częstokroć zintegrowane w jednej obudowie) będące nadajnikiem. Jeśli jakikolwiek obiekt znajdzie się na drodze optycznej między nadajnikiem a odbiornikiem, następuje zmiana natężenia światła, która może być wykryta. W zależności od budowy ścieżki optycznej, strumień światła zostaje przerwany, odbity lub rozproszony.

Często jako nadajniki stosowane są synchroniczne diody pracujące w podczerwieni, dzięki czemu sygnał wyjściowy jest w dużej mierze niezależny od oświetlenia zewnętrznego, ponieważ światło widzialne łatwo jest odfiltrować. W trudnych warunkach chętnie stosuje się czujniki odbiciowe lub bariery świetlne pracujące ze światłem czerwonym, emitowane przez diodę świetlną, ponieważ łatwo zauważyć taki strumień światła i punkt, w który ono pada.

---