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 см2, 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).
Рис. 248. Фототранзистор и схема era включения
Если в коллекторную цепь включить миллиамперметр, он при сильном освещении кристалла транзистора покажет возрастающий до нескольких миллиампер коллекторный ток. Это свойство транзисторов, аналогичное свойствам фотоэлементов с внутренним фотоэффектом, широко используется радиолюбителями-экспериментаторами в самодельных приборах-автоматах.
Чем мощнее такие фотоэлементы и сильнее источники света, тем значительнее изменения коллекторных токов, тем эффективнее работа приборов.
У транзистора серии П213, например, при освещении его кристалла электролампой мощностью 75-100 Вт коллекторный ток возрастает до 1 А и больше. Такой ток достаточен для питания, например, малогабаритного электродвигателя «Пионер», начинающего автоматически работать при освещении фоторезистора.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ РЕЛЕ
Электромагнитное реле — это электромеханический прибор, который может управлять каким-либо другим электрическим прибором (механизмом) или электрической цепью. Схематическое устройство и принцип работы электромагнитного реле иллюстрирует рис. 249. Реле представляет собой стержень из мягкого железа — сердечник, на который насажена катушка, содержащая большое число витков изолированного провода. На Г-образном корпусе, называемом ярмом, удерживается якорь пластинка тоже мягкого железа, согнутая под тупым углом. Сердечник, ярмо и якорь образуют магнитопровод реле. На ярме же укреплены пружины с контактами, замыкающие и размыкающие питание исполнительной цепи, например цени питания сигнальной лампы накаливания Н1. Пока ток через обмотку реле не идет, якорь под действием контактных пружин находится на некотором расстоянии от сердечника. Как только в обмотке появляется ток, его магнитное поле намагничивает сердечник и он притягивает якорь. В этот момент другой конец якоря налавливает на контактные пружины и замыкает исполнительную цепь. Прекращается ток в обмотке исчезает магнитное поле, размагничивается сердечник, и контактные пружины, выпрямляясь и разрывая цепь исполнения, возвращают якорь реле в исходное положение.
В зависимости от конструктивных особенностей контактных пружин различают реле с нормально разомкнутыми, нормально замкнутыми и перекидными контактами. Нормально разомкнутые контакты при отсутствии тока в обмотке реле разомкнуты (рис. 249, а), а при токе в обмотке они замыкаются. Нормально замкнутые контакты, наоборот, при отсутствии тока в обмотке замкнуты (рис. 249, б), а при срабатывании реле они размыкаются. У перекидных контактов (рис. 249, в) средняя пружина, связанная с якорем и при отсутствии тока замкнутая с одной из крайних пружин, при срабатывании реле перекидывается на другую крайнюю пружину и замыкается с ней.
Рис. 249. Схематическое устройство, включение и обозначение электромагнитного реле и его контактов
Многие реле имеют не одну, а несколько групп контактных пружин, позволяющих с помощью импульсов тока, создающихся в обмотке реле, управлять на расстоянии несколькими цепями исполнения одновременно, что и используется в автоматике.
На принципиальных схемах обмотки электромагнитных реле обозначают прямоугольником и буквой К с цифрой порядкового номера реле в устройстве.
Контакты этого реле обозначают той же буквой, но с двумя цифрами, разделенными точкой: первая цифра указывает порядковый номер реле, а вторая — порядковый номер контактной группы этого реле.
В зависимости от назначения электромагнитные реле имеют разные конструкции корпусов и якорей, пружинных контактов, различные данные обмоток. Но принцип работы всех реле одинаков: при некотором значении тока, протекающего через обмотку, реле срабатывает и его якорь, притягиваясь к намагниченному сердечнику, замыкает или размыкает контакты исполнительной цепи.
Для автоматически действующих устройств, о которых речь пойдет в этой и некоторых других беседах, а также для аппаратуры телеуправления, которой будет посвящена специальная беседа, желательно использовать малогабаритные реле постоянного тока, например РЭС-9, РЭС-10, РСМ (рис. 250).
Рис. 250. Электромагнитное реле типа РСМ
