Динамо-машины  Статические характеристики элементов 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 [ 96 ] 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127

что связь между источником и приемником осуществляется с помощью фотонов (оптическая связь). Это позволяет получить полную электрическую развязку между ними (сопротивление до 10 ом, емкость менее 10~* пф) и, следовательно, сравнительно просто осуществлять согласование различных цепей, отличающихся напряжением, частотой, сопротивлением и другими электрическими параметрами. К тому же в связи с появлением миниатюрных источников излучения (твердые люминесцентные преобразователи) оптико-электрические преобразователи могут сыграть важную роль в решении проблем, связанных с миниатюризацией элементов, так как эффективная развязка между отдельными эле-ментаьш приводит к снижению уровня требуемой мощности сиг-натов и большой плотности упаковки. К другим достоинствам оптической связи следует отнести высокую скорость и однонаправленность передачи, а также широкую полосу пропускания сигнала. Поэтому оптико-электрические преобразователи являются достаточно перспективными элементами автоматики.

Так как некоторые оптико-электрические преобразователи реагируют не только на ультрафио.петовые, но и на рентгеновые излучения, они непосредственно приближаются к преобразователям радиоактивных излучений, иногда называемых корпускулярными преобразователями. Поэтому параграф, посвященный этим преобразователям, отнесен к данной главе.

2. ПРЯМЫЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Различают три вида управляющих устройств прямых преобразователей: с внешним фотоэффектом, с внутренним фотоэффектом и вентильные (или с р - п переходом).

Первый вид устройств обычно называют фотоэлементами, второй вид - фоторезисторами.

В устройствах третьего вида под действием излучения либо возникает э. д. с, либо меняется сопротивление р - п перехода. Первые из них называются вентильными фотоэлементами, другие в зависимости от числа р - п переходов соответственно фотодиодами или фототранзисторами.

Фотоэлементы с внешним фотоэффектом представляют собой вакуумные или газонаполненные двухэлектродные лампы, у которых один из электродов - фотокатод - под действием попадающего на него излучения испускает электроны, меняя тем самым сопротивление лампы. Это явление, называемое фотоэлектронной эмиссией или вненжим фотоэффектом, наиболее сильно прояв ляется у металлов щелочной группы (цезий и др.).

Если такой фотоэлемент включить последовательно с резистором в цепь источника напряжения Е, как показано иа рис. 175, а, то при правильном выборе параметров схемы можно получить почти линейную зависимость между мощностью посту-

пающего на фотокатод излучения Р и током в цепи, а следовательно, и выходным напряжением f/еыл:. При этом, как и для фотоэлементов других видов, необходимо учитывать, что различные типы фотокатодов имеют неодинаковую чувствительность к излучениям разной длины волны, т. е. различную спектральную чувствительность. Зависимость чувствительности фотоэлемента от длины волны падающего на него излучения называется спектральной характеристикой. Эта характеристика имеет один или несколько максимумов.

Помимо спектральной чувствительности, фотоэлементы характеризуются интегральной чувствительностью, которая равна

Рис. 175. Простейшие схемы включения фотоэлементов.

а - фотоэлемент с внешним фотоэффектом; б - фоторезистор; в - вентильный

фотоэлемент

сумме спектральных чувствительностей, соответствующих всем длинам волн, лежащим в пределах чувствительности фотоэлемента. Чувствительность фотоэлемента измеряется в амперах на 1 вт. Если фотоэлемент реагирует только на видимую часть спектра, то мощность входного излучения может измеряться не в ваттах, а в единицах светового потока - люменах и соответственно чувствительность - в амперах на 1 лм. Так как у некоторых устройств фототок зависит не только от величины падающего светового потока, но и от приложенного напряжения, то в справочных данных иногда приводится величина удельной интегральной чувствительности /Со, которая определяется отношением

1ф - величина фототока; Оф - величина приложенного напряжения; Ф - величина падающего светового потока. Вакуумные двухэлектродные фотоэлементы являются практически безынерционными приборами с весьма малым темповым током - током, который протекает через фотоэлемент при полном затемнении. Темповой ток вакуумного фотоэлемента составляет примерно одну тысячную долю от максимально допустимого выходного тока. Некоторые типы вакуумных элемен-

тов позволяют получить довольно хорошую по сравнению с другими видами фотоэлементов температурную стабильность. Основной недостаток вакуумных фотоэлементов - их низкая чувствительность (единицы или десятки мка/лм) при небольшом внутреннем сопротивлении. Допустимые выходные токи вакуумных фотоэлементов не превышают 10-20 мка. Это требует применения для усиления даваемых им сигналов чувствительных электронных усилителей. Для применения более стабильных усилителей переменного тока входной поток излучения иногда модулируется

Рис. 176. Устройство некоторых фотоэлементов:

а-трехкаскадный фотоумножитель (схема): б-фоторезистор (схематический вид в плане); в - вентильный фотоэлемент (схематический вид в плане и разрезе)

путем периодического его прерывания с опреде.тенной частотой при помощи обтюратора, вращаемого с постоянной скоростью диска с одним или несколькими вырезами.

В газонаполненных фотоэлементах с внешним фотоэффектом конструктивные и схемные параметры подбираются так, чтобы первичные фотоэлектроны ионизировали газ, сохраняя состояние несамостоятельного разряда. Переход к тлеющему разряду не допускается. Благодаря этому сохраняется пропорциональность между входной мощностью и выходным током, но чувствительность по сравнению с вакуумными фотоэлементами увеличивается в несколько раз. Однако одновременно с этим возрастает и темновой ток, значительно сужается линейная область характеристики, а при частотах порядка нескольких килогерц проявляется инерционность.

Увеличение чувствительности более чем в несколько тысяч раз дают многокаскадные фотоумножители (рис. 176, а). Действие таких фотоумножителей основано на том, что первичные электроны попадают в поле вспомогательного напряжения постоянного тока f/j и выбивают нз эмиттера в несколько раз больше число вторичных электронов, которые затем попадают в поле, создаваемое напряжением и т. д. Конструкция и схемы включения фотоумножителей отличаются известной сложностью, а их коэффи-