В 1883 году изобретатель из Америки Чарльз Фриттс разработал функциональный фотоэлемент. В том же году инженер Пауль из Германии использовал в своем наблюдении фотоэлемент, названный диском Нипкова. Это инструмент, который делает изображения, измеряя яркие и темные участки объекта и преобразуя их в электрические импульсы.
Предварительное изобретение современного фотоэлемента было разработано Гансом и Эльстером путем внесения нескольких модификаций в ЭЛТ (электронно-лучевую трубку). Итак, это было изобретение и краткая история фотоэлемента. В этой статье объясняется работа фотоэлементов, их типы и области применения.
Фотоэлемент также называют электронной трубкой, электрическим глазом и фототрубкой. Это электронный прибор, который очень чувствителен к падающему излучению, в основном свету, который используется для генерации или регулирования уровней выходного электрического тока. Его также называют резистором, который изменяет значение своего сопротивления в зависимости от количества индуцируемого на него света. Это устройство работает на принципе фотопроводимости полупроводников, что означает, что энергия фотонов, попадающих в полупроводник, позволяет электронам двигаться и, таким образом, снижает уровень сопротивления.
Если говорить проще, то функция фотоэлемента – преобразование энергии фотонов в электроэнергию. Фотоэлементы бывают электровакуумные и полупроводниковые. Работа прибора основана на фотоэлектронной эмиссии или внутреннем фотоэффекте.
Основные части, необходимые для изготовления простейшего фотоэлемента:
- Падающий свет
- Стеклянная трубка
Устройство состоит из пустой стеклянной трубки с двумя электродами: коллектором и эмиттером. Эмиттер имеет форму полуполого цилиндра и всегда находится под отрицательным потенциалом.
Тогда как коллекторный электрод будет представлять собой металлический стержень, который устанавливается на оси эмиттерной секции и всегда находится под положительным потенциалом. Пустая стеклянная трубка устанавливается на неметаллическую базовую секцию, а базовая секция имеет штифты для поддержки внешнего соединения.
Работа фотоэлемента может быть основана на величине сопротивления и воздействии фотоэлектричества. Это используется для преобразования из света в электрическую энергию. Это происходит, когда батарея подключена таким образом, что клеммы эмиттера и коллектора соединены с отрицательной и положительной клеммами батареи. Уровень частотного излучения больше по сравнению с пороговым уровнем частоты излучателя, и тогда происходит излучение фотона.
Фотоэлектроны находятся на том же пути, что и коллектор, и край коллектора считается положительным в соответствии с краем эмиттера. Таким образом, ток течет внутри цепи. Когда уровень интенсивности излучения увеличивается, количество фотоэлектрического тока также увеличивается.
Датчик с фотоэлементом
Фотоэлемент также называют датчиком, который можно использовать для восприятия света. Важнейшими характеристиками фотоэлементных датчиков являются простота использования, минимальная потребляемая мощность для работы, минимальные размеры и экономичность. Благодаря этим функциям датчики с фотоэлектрическими элементами применяются в различных приложениях в разных областях. Они в основном описываются как фотоэлементы на основе сульфида кадмия и состоят из светочувствительных резисторов и фоторезисторов.
- Фоторезистор — это светочувствительные резисторы, уровень удельного сопротивления электрическому току которых уменьшается в соответствии с количеством света, попадающего на них. Этот фоторезистор в основном используется в измерителях камеры, сигнализации и их приложений.
- Фотоумножитель – это детекторы с высоким уровнем чувствительности. Малейшая волна света умножается более чем в 100 миллионов раз. Его также называют фотокондуктором. Это полупроводник с высоким удельным сопротивлением. Когда свет, отражающийся от устройства, имеет повышенный уровень частоты, то фотоны, поглощаемые полупроводником, обеспечивают достаточную энергию для движения электронов в зону проводимости. Выход свободных электронов и дырок позволяет проводить электричество, тем самым уменьшая значение сопротивления.
- Ячейка Голея — эти ячейки используются для обнаружения инфракрасного излучения. Они представляют собой трубку с почерневшей металлической пластиной, один из концов которой заполнен ксеноном. Когда инфракрасные лучи падают на пластину, они нагревают газ ксенон и искажают переменную диафрагму на другом конце, а движение используется для определения источника энергии в качестве выхода.
- Фотоэлектрический элемент — этот тип фотоэлемента преобразует солнечную энергию в электрическую. Фотоны, которые ударяют электроны в ячейке с более высокой энергией, создают ток в пригодной для использования форме.
- Устройства с зарядовой связью. Эти устройства в основном применяются в научной сфере как высокостабильные и точные фотодатчики. Заряды, испускаемые датчиками, используются для анализа множества вещей, от огромных галактик до простых молекул.
- Фотоэлементы используются в телевидении, а также в фотоустройствах.
- Также применяются для расчета уровня интенсивности света и контроля точной формы спектральных линий.
- Используется в микрофотометрах, люксметрах.
- В различных солнечных элементах.
- Фотоэлементы также используются для подсчета количества транспортных средств на дороге.
- Фотоэлементы применяются даже в качестве датчиков и переключателей.
- Используется в области робототехники, например, для направления роботов, чтобы скрыться от глаз в темном месте или для движения по маяку.
- Реализовано в автоматических фонарях для включения уличных фонарей, зависит от светлого или темного времени суток.
- Фотоэлементы используются в системах управления, где прерывание светового луча позволяет разомкнуть цепь, таким образом активируя реле, и это обеспечивает питание для открытия двери.
- Также используется в областях спектроскопии и фотометрии.
