Виктор Борисов - Юный радиолюбитель [7-изд]

Фотоэлемент, о котором я сейчас рассказывал, относится к группе фотоэлементов с внешним фотоэффектом. Называют их так потому, что у них электроны под действием света вылетают из катода в окружающее их пространство.

Другая группа фотоэлементов — приборы с внутренним фотоэффектом. Это фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы и некоторые другие светочувствительные приборы.

Фоторезистор (рис. 246) представляет собой тонкий слой полупроводника, нанесенный на стеклянную или кварцевую пластинку, запрессованную в круглый, овальный или прямоугольный пластмассовый корпус небольших размеров.

Рис. 246. Внешний вид ( а), схематическое обозначение ( б), устройство и включение ( в) фоторезистора

Полупроводниковый слой с двух сторон имеет контакты для включения его в электрическую цепь. 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, этот прибор под действием света, падающего на него, также может быть использован для автоматического включения и выключения различных электрических приборов, механизмов.

Фотодиод , являющийся светочувствительным элементом с запирающим слоем, по своему устройству напоминает плоскостной полупроводниковый диод (рис. 247).

Рис. 247. Внешний вид ( а), обозначение на схемах ( б), устройство и схема включения ( в) фотодиода

На пластину кремния с электронной электропроводностью наплавлен тонкий слой бора. Проникая в кремний, атомы бора создают в нем зону, обладающую дырочной электропроводностью. Между ними обращается электронно-дырочный переход. Снизу на слой типа n нанесен сравнительно толстый контактный слой металла. Поверхность слоя типа р покрыта тончайшей, почти прозрачной пленкой металла, являющейся контактом этого слоя.

Действует фотодиод так. Пока он не подвергается световому облучению, его запирающий слой препятствует взаимному обмену электронов и дырок. При облучении свет проникает сквозь прозрачную пленку в слой р и рождает в нем электронно-дырочные пары. Дырки остаются в слое р , электроны переходят в слой n . В результате верхний электрод заряжается положительно, а нижний — отрицательно. Если к этим электродам присоединить нагрузку, то через нее потечет постоянный ток. Следовательно, фотодиод является прибором, в котором световая энергия превращается непосредственно в электрическую.

Ты, вероятно, видел, а может быть, и сам имеешь фотоэкспонометр — прибор для определения выдержки при фотосъемке. Важнейшей частью этого прибора является кремниевый фотодиод. К нему подключен чувствительный гальванометр, по отклонению стрелки которого и определяют освещенность снимаемого предмета.

Фотодиод, имеющий площадь поверхности светочувствительного слоя около 1 см 2, при прямом солнечном освещении может дать ток примерно 20–25 мА при напряжении около 0,5 В. Но ведь фотодиоды, как и гальванические элементы, можно соединять в батареи, чтобы получать большие напряжения и токи. Примерно так устроены, например, солнечные батареи, устанавливаемые на космических кораблях для питания аппаратуры.

Перспективы применения фотодиодов очень и очень заманчивы. И не только в автоматике. В жарких южных районах, например, где обилие солнечного света, от фотобатарей с большими площадями можно получать огромное количество электроэнергии. Из фотобатарей можно даже делать кровли домов: днем под действием света они будут заряжать аккумуляторные батареи, а по вечерам накопленная электроэнергия будет использоваться для освещения.

Фототранзисторы — светочувствительные приборы, основой которых служат транзисторы. Почти любой биполярный транзистор может быть превращен в фототранзистор. Дело в том, что у транзистора ток коллектора сильно зависит от освещенности коллекторного р-n перехода. Чтобы в этом убедиться, осторожно спили верхнюю часть корпуса низкочастотного транзистора, например серии МП39-МП42, включи транзистор в цепь постоянного тока и освети его (рис. 248).