Электротехнника. Электротехника и электроника № 2 вариант 5 Сделана. Внешний фотоэффект. Вакуумный фотоэлемент, устройство, принцип действия, область применения

• Название: Внешний фотоэффект. Вакуумный фотоэлемент, устройство, принцип действия, область применения
• Анкор: Электротехнника
• Дата: 10.10.2022
• Размер: 411.38 Kb.
• Имя файла: Электротехника и электроника № 2 вариант 5 Сделана.docx
• Тип: Документы; #725052

1. 
   Внешний фотоэффект. Вакуумный фотоэлемент, устройство, принцип действия, область применения
   

Внешним фотоэффектом называется явление испускания электронов веществом под действием электромагнитного излучения. 

Вакуумный фотоэлемент – два электрода (анод и катод) помещённые в баллон с прозрачным окном в котором поддерживается вакуум.



Рисунок 1 - Устройство вакуумного фотоэлемента

Устройство вакуумного фотоэлемента показано на рис.1. В стеклянном баллоне, из которого выкачан воздух, помещены два электрода: катод К и анод А. Катод в виде тонкого светочувствительного слоя нанесен на внутреннюю поверхность баллона. Анод изготовлен в виде кольца, расположенного в центре баллона. Выводы от катода и анода сделаны через ножку на нижний цоколь. На рис.2. показана простейшая схема включения фотоэлемента. 



Рисунок 2 – Схема включения фотоэлемента

При освещении фотоэлемента в анодной цепи возникает ток, создающий на сопротивлении RH падение напряжения. При изменении светового потока изменяется величина тока и, следовательно, выходное напряжение Uвых.

Принцип действия фотоэлемента основан на использовании явления внешнего фотоэффекта. Под действием светового по­тока из фотокатода вылетают электроны. Они попадают в уско­ряющее электрическое поле анода и, достигая анода, создают во внешней цепи ток Iф, пропорциональный интенсивности све­тового потока. При изменении светового потока изменяется ток во внешней цепи, а, следовательно, и падение напряжения на ре­зисторе нагрузки R_K. Таким образом, с помощью фотоэлемента световой поток осуществляет управление выходным напряже­нием.

Ток в фотоэлементе незначительный. Увеличение тока в фо­тоэлементах достигается двумя способами:

1. использованием вторичной электронной эмиссии. Такие приборы называются фотоэлектронными умножителями;

2. наполнением баллона фотоэлемента инертным газом. Та­кие приборы называются ионными фотоэлементами.

Основным параметром фотоэлементов является чувствитель­ность. Различают чувствительность интегральную и спект­ральную.

Интегральной чувствительностью фотоэлемента называется чувствительность его к суммарному (неразложенному) световому по­току стандартного источ­ника. Интегральная чув­ствительность показывает величину анодного тока, вызываемого световым

Спектральной чувст­вительностью фотоэлемента называется чувствительность его к монохроматическому излуче­нию определенной длины волны л. Спектральная чувствительность показывает величину тока, проте­кающего в цепи фотоэлемента, при облучении заданной длины волны К световым потоком в 1 лм и измеряется в микроамперах на люмен.

Основными характеристиками электровакуумных фотоэле­ментов являются: спектральная, световая и вольтамперная.

Задача 1.

Составьте схему двухфазного двухполупериодного выпрямителя, используя стандартный диод Д₂₀₇. Мощность потребителя Р_d = 20Вт с напряжением питания U_d = 60В. Начертить схему выпрямителя, пояснить принцип работы, используя графики входного и выпрямленного напряжения.

Дано: Р_d = 20Вт; U_d = 60В; I_d = 0,1А; U_обр = 200В.

Решение

1. 
   Определяем ток потребителя:
   

Диод VD₁выпрямляет положительную полуволну, а VD₂- отрицательную

2. 
   Определяем напряжение, действующее на диод в непроводящий полупериод:
   

=3.14*60=188.4В

3. 
   Определяем диод по параметрам Uобр и Iдоп, он должен удовлетворять условиям:
   

Uобр>Ud и Iдоп>0.5*Id

В данном случае Iа>Iдоп , ставим 2 диода параллельно

Ia₁ ≤ Iдоп (83,5мА≤100Ма)

Uа≤Uобр (188,4≤200В)

Условие выполняется диод подходит по току и напряжению.





Задача 2.

Объяснить принцип действия фотоэлектронного реле, изображенного на рис. 1. Транзисторы работают в ключевом режиме. Когда горит лампа HL: при освещении фоторезистора ФС или нет. Пояснить принцип действия схемы. Контакт К₁ реле К – нормально разомкнутый.



Рисунок 1

У фоторезистора уменьшается электрическое сопротивление при его освещении. Ток проходит на базу транзистора VT1 и он открывается. Дальше он падает минус на базу VT2 и он закрывается. VT3 тоже закрыт так как на его базу через R3 проходит минус с меньшим питанием. Реле К не включается. К1 разомкнут, то есть при свете лампа не горит.

Если свет не освещает ФС, то все транзисторы: VT1 закрывается. VT2 открывается через R1 и R2. VT3 открывается, т.к «+» через VT2 пойдет на ег базу – К1 разомкнется.

Задача 3.

Для транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, для использования входную и выходные характеристики, определите коэффициент усиления h21Э, сопротивление нагрузок Rк и мощность на коллекторе Рк, если известно напряжение Uбэ = 0,4В, напряжение на коллекторе Uкэ = 20 и напряжение источника питания Ек = 40В.

Дано: Uбэ = 0,4В; Uкэ = 20В; Ек = 40В.

Решение

при Uкэ = const. =

Ек= Uкэ+Ik*Rk

1. По входной характеристике рис 2. Определяем Uбэ = 0,4В ток базы:

Iб = 90мкА

2. 
   По выходным характеристикам рис. 3 для Uкэ = 20В и Iба = 90мкА определяем ток коллектора Iка = 4,7мА
   

3. Определим мощность на коллекторе:

= 94 мВт

4. 
   Определяем сопротивление в цепи коллектора Рк из уравнения для коллекторной цепи усиленного каскада: