Fotoelementlar tasnifi

Fotoelementlarlar. Turlari va qurilmasi. Ish va dastur

Bugungi kunda sohada elektron ko'rinishga ega o'n minglab avtomatik mashinalar mavjud. Ularda elektron ko'z sifatida fotoelementlarlar mavjud. Ushbu qurilmalarning ishlashi fotoelektrga asoslangan. Ushbu hodisani kashf etish tarixi 100 yil oldin boshlangan.

Fotoelementlar tasnifi

Fotoelementlarlarning ta'sirini ishlab chiqarilgan xususiyatlar va funktsiyalarga bog'liq bo'lgan bir necha turlarga bo'lish mumkin:

• Tashqi foto effekt. Uning boshqa nomi - fotoelektron emissiya. Tashqi fotoeffekt paydo bo'lganda, moddaning chegaralaridan qochib ketadigan elektronlar fotoelektronlar deb ataladi. Bu holda fotoelektronlar tomonidan hosil qilingan elektr toki, tashqi elektr maydon bo'ylab tartibli harakat bilan, fototok deb ataladi.

• Ichki foto effekt. Bu materialning elektr o'tkazuvchanligiga ta'sir qiladi. Ushbu effekt elektronlarning umumiy (suyuq yoki qattiq) va energiya holatiga qarab dielektriklar va yarimo'tkazgichlar bo'yicha qayta taqsimlanganda paydo bo'ladi. Qayta taqsimlash hodisasi yorug'lik oqimi ta'sirida sodir bo'ladi. Faqatgina bunday harakat bilan moddaning elektr o'tkazuvchanligi oshadi, ya'ni fotono'tkazuvchanlikning ta'siri paydo bo'ladi.

• Vana fotoelektr effekti. Ushbu effekt fotoelektronlarning o'z tanalaridan boshqa jismlarga (qattiq yarimo'tkazgichlar) yoki elektrolitlarga (suyuqlik) o'tishi deb ataladi.

Vakuum elementlari tashqi fotoelektr asosida ishlaydi. Ular shisha kolbalar shaklida ishlab chiqariladi. Ularning ichki yuzasining bir qismi eng nozik metall qatlami bilan qoplangan. Ushbu kichik qalinlik past ish oqimiga imkon beradi. Kolbadagi oyna shaffof va yorug'likka imkon beradi.

Lampochka ichida joylashgan disk yoki simli halqa anodi fotoelektronlarni ushlaydi. Anod ijobiy quvvat o'tkazgichiga ulanganda zanjir yopiladi va u orqali elektr toki oqadi. Ya'ni vakuum elementlari o'rni almashtirishi mumkin.

O'rnimizni va fotoelementlarni birlashtirib, masalan, metroga kiraverishda turli xil elektron ko'rish moslamalarini yaratish mumkin. Tashqi fotoelektr effekti sanoatdagi ko'plab texnologik jarayonlarga singib ketgan va bu muhim fizik kashfiyot, ishlab chiqarishda avtomatlashtirishni muvaffaqiyatli rivojlanishining kalitidir.

Qurilma va ishlash printsipi

Yaxshi tozalangan rux plitasi, mis , sezgir galvanometr batareyalar zanjiriga kiritilgan

Plastinka ultrabinafsha nurlar bilan yoritilganda, zanjirda elektr toki hosil bo'ladi. Shunday qilib, yorug'lik metalldan elektronlarni uradi. Ushbu hodisa fotoelektr effekti deb ataladi.

Biz ultrabinafsha nurlarini ushlaydigan nurlar yo'liga stakan qo'yamiz. Devredeki oqim to'xtaydi

Vakuum shishasi. Uning ichki yuzasining bir qismi ishqoriy metallning yupqa qatlami bilan qoplangan. Bu katod. Metall uzuk anod bo'lib xizmat qiladi.

Keling, keskinlikni oshiraylik. O'chirishda oqim yo'q. Endi biz elementni yoqamiz, oqim paydo bo'ladi. Voltani chiqargandan so'ng, oqim kamayadi, lekin nolga teng emas. Voltning oshishi bilan fototok kuchayadi va to'yinganlikka etadi.

Kuchlanish bo'lmasa, zanjirda oqim mavjud. Fototokni to'xtatish uchun anodga salbiy kechikish potentsialini etkazib berish kerak.

Elektr maydoni fotoelektronlarni sekinlashtiradi va ularni katodga qaytaradi. Yorug'lik manbai yaqinlashganda yorug'lik oqimi ortadi. Doygunlik fototoki ham oshadi. Doygunlik fototoki yorug'lik oqimiga to'g'ri proportsionaldir. Bu fotoelektr ta'sirining birinchi qonuni.

Yorug'likning to'lqin uzunligi fotoelektrda qanday rol o'ynashini bilib olaylik. Moviy filtrni o'rnating. Bunday holda, oqim mavjud. Yashil filtr bilan oqim kamayadi. Sariq filtr bilan oqim yo'q. Har bir modda uchun ma'lum bir chegara chastotasi mavjud, undan pastda fotoeffekt bo'lmaydi. Bu fotoelektrning uzun to'lqin uzunlikdagi qirrasi.

Agar siz yorug'lik oqimini past chastotalarda ko'paytirsangiz, foto effekt bo'lmaydi. Ushbu hodisani qanday izohlash mumkin? Olimlar isitiladigan jismlarning nurlanish spektridagi energiyaning taqsimlanishini o'rganishdi.

Olimlar, shuningdek, yorug'lik chiqariladi, tarqaladi va qismlarga singdiriladi - energiya kvantlari, fotonlar degan xulosaga kelishdi. Metall tarkibidagi valentlik elektronlari erkin. Foton yutilganda energiya elektronning ishlash funktsiyasiga va uning kinetik energiyasiga ketadi. Eynshteyn tenglamasi fotoelektrning 2-qonunining ma'nosini ochib beradi.

Fotoelektronning kinetik energiyasi yorug'lik chastotasi bilan aniqlanadi. Yorug'lik metall bilan o'zaro ta'sirlashganda biz tashqi fotoeffektni kuzatdik. Olimlarning tajribasi sxemasi tashqi fotoelektrga asoslangan qurilmalar uchun prototip bo'lib xizmat qildi.

Moddaning nurga sezgir qatlami va halqasimon anot vakuumda yoki gaz bilan to'ldirilgan kolbada joylashgan. Sanoat tomonidan ishlab chiqarilgan fotoelementlar ushbu printsip asosida joylashtirilgan.

Xususiyatlari yorug'lik ta'sirida o'zgarib turadigan katta elementlar guruhi mavjud. Ular yarim o'tkazgichlardir. Ularning asosida ichki fotoelektrik effekt deb ataladigan yorug'lik sezgir qurilmalari yaratildi.

Olimlar, shuningdek, yorug'lik chiqariladi, tarqaladi va qismlarga singdiriladi - energiya kvantlari, fotonlar degan xulosaga kelishdi. Metall tarkibidagi valentlik elektronlari erkin. Foton yutilganda energiya elektronning ishlash funktsiyasiga va uning kinetik energiyasiga tushadi. Eynshteyn tenglamasi fotoelektrning 2-qonunining ma'nosini ochib beradi.

Fotoelektronning kinetik energiyasi yorug'lik chastotasi bilan aniqlanadi. Yorug'lik metall bilan o'zaro ta'sirlashganda biz tashqi fotoeffektni kuzatdik. Olimlarning tajribasi sxemasi tashqi fotoelektrdan foydalanadigan qurilmalar uchun prototip bo'lib xizmat qildi.

Moddaning nurga sezgir qatlami va halqasimon anot vakuumda yoki gaz bilan to'ldirilgan kolbada joylashgan. Sanoat tomonidan ishlab chiqarilgan fotoelementlar ushbu printsip asosida joylashtirilgan.

Xususiyatlari yorug'lik ta'sirida o'zgarib turadigan katta elementlar guruhi mavjud. Ular yarim o'tkazgichlardir. Ularning asosida ichki fotoelektrik effekt deb ataladigan yorug'lik sezgir qurilmalari yaratildi.

Fotoresistor

Yarimo'tkazgichli simli rezistorni oling. Keling, uni elektr zanjiriga ulaymiz. Yorug'lik ta'siri ostida elektr qarshiligida juda kuchli o'zgarishlar yuz beradi va oqim kuchayadi. Supero'tkazuvchilarning o'zgarishi fotorezistorda oqim yo'nalishiga bog'liq emas. Ichki fotoeffekt qanday paydo bo'ladi?

Germaniya elementini ko'rib chiqing. Bu to'rt valentli. Diagrammada yarimo'tkazgichning barqaror tuzilishi ko'rsatilgan. Atomlar kovalent boglanish bilan chambarchas bog'langan. Agar yorug'lik kvantining energiyasi elektronning atom bilan bog'lanishini uzish uchun etarli bo'lsa, u erkin bo'lib, kristall atrofida aylanib yuradi. Uning o'rnida tuynuk paydo bo'ladi. Bu elektronning zaryadiga teng bo'lgan musbat zaryad. Teshikni yana elektron egallashi mumkin.

Keling, potentsial farqni qo'llaymiz. Elektronlar va teshiklarning yo'naltirilgan harakati bo'ladi - elektr toki. Fotorezistor shunday ishlaydi

Yorug'lik ta'sirida tashuvchilar paydo bo'ladi, o'tkazuvchanlik keskin oshadi va zanjirdagi oqim kuchayadi.

Juda toza yarim o'tkazgichlarning o'tkazuvchanligi past. Uni boshqa element qo'shilishi bilan oshirish mumkin. Masalan, mishyak atomlarini qo'shaylik. Ular yuqori valentlikka ega. Bunday holda, ba'zi elektronlar bo'sh. Ularning yordami bilan o'tkazuvchanlik kuchayadi. Ushbu nopoklik n-turdagi materialni beradi. Indiumning pastki valentligi bor. U teshiklarni ko'paytirib, kremniydagi elektronlarni ushlaydi. Supero'tkazuvchilar teshikka o'xshash bo'ladi. Ushbu nopoklik p tipidagi materialni beradi.

Ikkita yarimo'tkazgichni n-va p-tipli birlashtiramiz. Chegarada to'lovlarni qayta taqsimlash sodir bo'ladi. Teshiklar p-mintaqaga kiradi va elektronlar n-hududga chegarada elektr maydon paydo bo'lguncha kiradi, bu esa qayta taqsimlanishiga to'sqinlik qiladi. Bu pn birikmasi deb ataladigan ikki qavatli zaryad hosil qiladi.

Fotoelektrik effekt tufayli yorug‘lik ta’sirida elektronlar va teshiklar paydo bo‘ladi. Potentsial farq paydo bo'ladi

Agar elektron yopiq bo'lsa, elektr toki paydo bo'ladi. Ushbu effekt yorug'lik energiyasini to'g'ridan-to'g'ri elektr energiyasiga aylantirish uchun ishlatilishi mumkin. Ushbu printsipga ko'ra, yorug'lik energiyasini elektr energiyasiga, ekspozimetrlarda, lyuks metrlarda, quyosh batareyalarida ishlaydigan konvertorlar ishlaydi.

Fotodiod

Oddiy fotodiod - bu nurga ta'sir qilishi mumkin bo'lgan an'anaviy pn birikmasi yarimo'tkazgichli diyot. Natijada, material o'z xususiyatlarini o'zgartiradi va elektr tokining zanjirida turli funktsiyalarni bajarishga imkon beradi. Yorug'lik bo'lmasa, diod odatdagi xususiyatlarga ega.

Tuzilmalarni birlashtirib, fototransistorni olish mumkin. Nur nurlari uning ishini boshqaradi.

Ilova

Fotoelementlarlardan amalda umumiy sxema bo'yicha foydalaniladi. Kirishda har qanday element bo'lishi mumkin: fotorezistor, fotodiod, fototransistor. Ular yorug'lik chiqishiga ta'sir qilishadi. Signal kuchaytiriladi va ijro etuvchi elektronga beriladi.

Quyosh batareyalari uchun bizning hayotimizdagi ba'zi bir qo'llanmalar:

• Ushbu sxema bo'yicha fotoelementlarlar motorlar, dastgoh asboblari, butun tizimlarning ishlashini boshqarishi mumkin. Ular bizning hayotimizga qat'iy kirishdi.

• Fotosurat bizni metroga borishga imkon beradi. Elektron ko'z to'qimachilik sanoatida ipning harakatini nazorat qiladi. Miniatyurali fotoelementlarlar uning sinishini qayd qiladi va mashinani to'xtatadi.

• Ular ishlov beriladigan buyumlar maydonini murakkab shakllar bilan o'lchash uchun ishlatiladi. Naqshning maydoni bir necha soniya ichida aniqlanadi. Fotosurat terisi, matoning kesilishini qat'iy nazorat qiladi va matbuotda ishlash xavfsizligini ta'minlaydi.

• Plazma kesish mashinasida fotoelementlarlar ham uning ishlashini boshqaradi. Ular shtamplangan lentadan ma'lumotlarni o'qiydilar va mashinaning ishlash rejimlarini o'rnatadilar.

• Bosmaxonada ular qog'oz varaqlarni hisoblashadi, ularning to'g'ri yotqizilgani va kesilganligiga ishonch hosil qilishadi. Ular mashinaning aylanish jarayonini doimiy ravishda nazorat qilib, qog'oz to'sarning xavfsizligini ta'minlaydilar.

• Pochta bo'limida fotoelementlarlar xatlarni qayta ishlash va ularni manzil bo'yicha saralash bo'yicha mashaqqatli operatsiyalarni avtomatlashtirishga imkon berdi. Elektron ko'z shtampning markada to'liq joylashganligiga ishonch hosil qiladi. Fotoelektrik tizim konvertda belgilangan indeksni o'qiydi va xatni to'g'ri joyga yo'naltiradi.

• Zargarlik sanoatida fotoelementlar qimmatbaho toshlarni qayta ishlash sifatini tekshiruvchilarga aylandi. Fotoelektrik ko'z - bu bir necha ming individual fotoelementlarning matritsasi.

• Filmning ovozi saundtrekda yozib olingan. Fotoelementlar uni parolini hal qiladi va ovozli karnaylarning ishlashini boshqaradi. Fotoeffekt tufayli filmdagi va inson ko'zidagi tasvir paydo bo'ladi.

• Avtomatik robotlar odamlar tomonidan nazorat qilinmaydigan texnologik operatsiyalarni bajaradi. Sanoat dasturlarida robot fotoelementlarlar bilan jihozlangan tizim tufayli polda oq chiziq bo'ylab harakatlanadi.

• Fotoelementlarlardan keng foydalanilganligi tufayli xalq xo'jaligining turli sohalarida fan va texnikaning taraqqiyoti ko'p jihatdan mumkin bo'ldi.