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

циент усиления зависит от изменения величины питающего напряжения Еа В степени, равной числу каскадов. Кроме того, для получения ускоряющих полей величина питающего напряжения должна иметь порядок 1000 в. Поэтому часто используются более простые однокаскадные умножители, повышающие чувствительность всего в несколько раз.

Широкое распространение получил второй вид управляющих устройств - фоторезисюры, в которых используется явление внутреннего фотоэффекта, или фотопроводимости. Под действием внешнего излучения многие полупроводники (сернистый висмут, сернистый кадмий и др.) увеличивают число электронов проводимости. Первичные электроны проводимости, сталкиваясь с атомами кристаллической решетки, вызывают дополнительный вторичный поток электронов. В результате величина сопротивления полупроводника значительно уменьшается.

Конструктивно фоторезисторы чаще всего представляют собой нанесенный на стеклянную или керамическую пластинку (рис. 176, б) площадью от единиц до сотен квадратных миллиметров слой полупроводника с входящими в последний двумя гребенкообразными электродами, которые получаюгся заполнением выгравированных на стекле канавок химически неактивным проводником (золото и др.). Полупроводниковый слой должен быть защищен от атмосферных воздействий герметизацией в стеклянном или пластмассовом корпусе.

Некоторые виды фоторезисторов меняют свое сопротивление при освещении в несколько сот раз и допускают при меньших, чем у ламповых фотоэлементов, размерах выходные токи до нескольких миллиампер. Это позволяет использовать на выходе схемы (рис. 175, б) не только электронные, но и полупроводниковые и магнитные, а в пределе даже электромагнитные релейные усилители. К тому же (что иногда представляется важным для летательных аппаратов) фоторезисторы обладают большей чувствительностью в инфракрасной части спектра.

Крупными и принципиально трудно устранимыми недостатками фоторезисторов являются их сильная температурная зависимость, более высокая относительная величина темпового тока и самое главное большая инерционность. Эта инерционность обусловлена процессом образования потока вторичных электронов (первичные электроны возникают практически мгновенно) и для некоторых типов фоторезисторов (например, серно-таллиевые) может заметно проявляться уже на широко применяемых в бортовой автоматике частотах (порядка десятков и сотен герц), т. е. их постоянная времени (см. п. 2, гл. III) может доходить до сотых и даже десятых долей секунды. При этом те типы фоторезисторов, которые отличаются малой инерционностью (например, серносвинцовые), обладают, к сожалению, и меньшей чувствительностью.

Для повышения чувствительности малоинерционных сопротивлений их, даже в бортовых условиях, иногда сильно охлаждают с помощью сжиженных газов, однако при охлаждении не только повышается чувствительность, но и несколько возрастает инерционность.

Характер процесса образования потока вторичных электронов не всегда приводит к желательному нарушению линейного характера зависимости между мощностью излучения и вьходньш током. Эта зависимость может быть линеаризована только для сравнительно узкого диапазона изменений сигнала. Выходной ток фото резисторов зависит от изменений напряжения питания, в то время как для вакуумных двухэлектродных фотоэлементов соответствующим выбором этого напряжения (работой при насыщенных фототоках) можно добиться почти полного устранения этой зависимости для возможных в эксплуатации пределов изменения питающих напряжений.

Третий вид фотоэлементов относится к числу генераторных управляющих устройств. При облучении этих полупроводниковых фотоэлементов, называемых вентильными потому, что они пропускают ток только в одном направлении, в них образуется э. д. с. определенной полярности, величина которой может достигать 1 в. Поэтому вентильные фотоэлементы не нуждаются в источниках питания и могут включаться по предельно простой схеме, изображенной на рис. 175, в.

Конструктивно они обычно выполняются следующим образом На металлический дисковый электрод (см. рис. 176, в) наносится слой полупроводника (сернистый таллий, сернистое серебро, селен и др.), а на него осаждается полупрозрачная пленка золота, которая контактирует со вторым металлическим кольцевым электродом. Обязательно принимаются меры для защиты фотоэлемента от атмосферных влияний. На рис. 175, в указано направление тока для положительного фотоэффекта, наблюдаемого, в частности, у сернистого таллия (полупрозрачный электрод заряжается положительно). У селеновых фотоэлементов фотоэффект отрицательный и направление тока будет обратным указанному.

В настоящее время большое применение получили кремниевые фотоэлементы, изготовляемые путем диффузии фосфора, сурьмы или бора в монокристалл кремния с р или п проводимостью. Кремниевые фотоэлементы позволяют преобразовывать энергию солнечного излучения с меньшими, чем другие вентильные фотоэлементы, потерями. Так, к. п. д. (отношение выходной мощности фотоэлемента к полной мощности излучения) их может превышать 10%, в то время как у селеновых фотоэлементов при тех же условиях к. п. д. составляет порядка 0,2%.

Под интегральной чувствительностью для вентильных элементов понимают отношение величины тока в режиме короткого замыкания (7? = 0) к величине светового потока.

Вентильные фотоэлементы обладают довольно высокой чувствительностью, но она обычно не может быть реализована вследствие инерционных явлений, так как электроды и слой полупро водника образуют конденсатор, который является причиной инер циониости фотоэлементов этого типа. Постоянная времени цепи, если не учитывать сопротивления самого полупроводника, равна

Т = (г+ RJ С,

где г - сопротивление полу-

прозрачной пленки;

С - емкость конденсатора. Очевидно, что с увеличением сопротивления возрастает . I

и постоянная времени причем

уже для сопротивлений порядка Рис. 177. Конструктивные схемы:

нескольких тысяч ом ее величина laquo; - Фотодиодов; б - фототранзисторои

будет примерно такой же, как

и у фоторезисторов. Это заставляет применять для усиления сигналов усилители с низкоомным входом - магнитные или полупроводниковые. Однако при этом не удается выдержать оптимального соотношения сопротивлений источника э. д. с. и нагрузки с точки зрения усиления мощности. В некоторых случаях для усиления сигналов вентильных элементов применяются усилители низкой частоты с низкоомным трансформаторным входом, для этого выходной сигнал предварительно модулируют с помощью вибропреобразователя или иным способом.

Вентильные фотоэлементы, как и фоторезисторы, очень чувствительны к температуре, а их характеристика является линейной только при слабых излучениях.

Как уже отмечалось, другой разновидностью вентильных фотоэлементов являются фотодиоды и фототранзисторы. Это полупроводниковые германиевые или кремниевые приборы, близкие по устройству к полупроводниковым диодам - фотодиды (типа п - р) либо к полупроводниковым триодам (см. гл. IX) - фототранзисторы.

Одна из конструктивных схем фотодиода показана на рис. 177, а. При изготовлении фотодиодов для получения р - п перехода используется либо метод вплавления примесей, либо метод диффузии. При этом глубина р - п перехода относительно освещаемой поверхности делается меньше длины диффузии. Поэтому под действием лучистого потока большинство образовавшихся неосновных носителей достигает перехода, что приводит к снижению его сопротивления. Как и в вентильных фотоэлементах, в фотодиодах образуется э. д. с. Однако эти устройства обычно используются в фотодиодном режиме, возможном для этого типа вентильных преобразователи благодаря их способности выдерживать относительно высокие (порядка десятков вольт) обратные напряжения. В этом