МЯУ!
Все эти ваши светочувств... компоненты - НИЧТО, по сравнению с моими глазами!
МУР-Р-Р...

РАДИОКОМПОНЕНТЫ:

ФОТОРЕЗИСТОР и прочие...

СВЕТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ радиокомпоненты

1.ИЗ ИСТОРИИ ФИЗИКИ
Фотоэффект ли фотоэлектрический эффект – это физическое явление испускания электронов веществом под действием падающего света [1]. Если брать шире, то – под действием любого электромагнитного излучения. Напоминаю, что испускание электронов веществом – это эмиссия (см. мою статью «РАДИОЛАМПА»), а под действием света – фотоэлектронная эмиссия.
Фотоэффект (точнее – попытки его объяснения) явился причиной и основой создания целого нового раздела физики – квантовой механики.

Историография вопроса:
В 1839 году Александр Беккерель [2] наблюдал явление фотоэффекта в электролите. Он обнаружил так называемый фотовольтаический эффект в электролите — возникновение ЭДС под действием света.

В 1873 году Уиллоуби Смит[3]  обнаружил, что селен является фотопроводящим. На основе сделанного им открытия он конструирует первые телевизионные ячейки, позволяющие «снимать» освещенность, переводя ее в электрический ток.
Беккерель и Смит наблюдали разновидности внутреннего фотоэффекта.

По всей видимости, с внешним фотоэффектом впервые столкнулся Генрих Рудольф Герц [4] в своей знаменитой серии экспериментов 1887 года с объемным резонатором. Эти эксперименты ставились, чтобы подтвердить гипотезу Максвелла об электромагнитных волнах и изучить их свойства. Волны излучались, когда в конденсаторе колебательного контура возникал пробой — искра — и затем начинались затухающие колебания тока. Герц заметил, что если металлические пластины конденсатора облучать ультрафиолетовым излучением, искра проскакивает при меньшем приложенном напряжении. С современной точки зрения данное явление объясняется тем, что выбитые из металла электроны, ускоряясь в электрическом поле между пластин, создают лавины, инициирующие искровой разряд.

В 1888 году Вильгельм Людвиг Франц Гальвакс [5] провел опыт по внешнему фотоэффекту с электроскопом. Электроскоп с подсоединенной к его выводу металлической пластиной заряжали, после чего пластина облучалась ультрафиолетовым излучением от электрической дуги. При этом отрицательно заряженный электроскоп разряжался, а положительно заряженный — практически нет. Из наблюдаемого Гальвакс сделал вывод, что металлическая пластина при облучении светом теряет отрицательный заряд. Действительно, электроны испускаются и положительно заряженной пластиной, но в силу электростатического притяжения не могут от нее улететь. Если же электроны выбиваются из отрицательно заряженной пластины, они свободно покидают ее, придавая электроскопу положительный заряд.

В 1888-1890 годах фотоэффект систематически изучал русский физик Александр Григорьевич Столетов [6].
Схема эксперимента Столетова [7] -->
Из герметичной камеры B частично или полностью откачивался воздух. Внутри этой камеры располагалось два электрода: цельный металлический катод К и, выполненный в виде металлической сетки, анод А. Свет от дуговой лампы проникал в камеру через кварцевое окошко О (обычное стекло практически не пропускает ультрафиолет) и, благодаря устройству анода, свободно падал на металлическую поверхность катода. Между катодом и анодом создавалось достаточно высокое напряжение (до 250 вольт), а ток в анодной цепи измерялся с помощью очень чувствительного гальванометра Г. Столетов обнаружил, что при падении света на катод в цепи начинает течь фототок, который исчезает при закрывании кварцевого окошка.
На основе многочисленных опытов по наблюдению внешнего фотоэффекта Столетов сформулировал три эмпирических (основанных на опытах, а не полученных математически) закона:
I. Фототок, возникающий при освещении отрицательного электрода светом фиксированной длины волны, пропорционален интенсивности света и площади электрода.
II. Максимальная кинетическая энергия носителей фототока линейно зависит от частоты света и не зависит от его интенсивности.
III. Фотоэффект имеет место, если частота падающего света больше некоторой пороговой частоты, зависящей только от материала катода. Данная пороговая частота называется красной границей фотоэффекта.

В 1897 году Джозеф Джон Томсон [8] открывает элементарный носитель заряда — электрон. Хотя в опытах Томсона и не была доказана дискретность электрического заряда, было найдено отношение заряда его носителей к их массе e/m. Электроны были заряжены отрицательно и испускались нагретым металлическим катодом (термоэлектронная эмиссия). Поскольку к этому моменту Столетов уже поставил свои знаменитые эксперименты по фотоэффекту (см. выше), возникло естественное предположение о тождественности частиц, испускаемых металлами при фотоэлектронной и термоэлектронной эмиссии.


Соответствующий опыт был поставлен в 1898 году Филиппом Эдуардом Антоном фон Ленардом [9] с помощью изобретенной им разрядной трубки. Помимо вычисления отношения  для фотоэлектронов, Ленард также выяснил, что скорость фотоэлектронов не увеличивается при увеличении интенсивности падающего света — растет только их количество и, как следствие, величина фототока. Скорости же электронов определялись лишь частотой падающего света. Это непостижимое с позиций классической физики явление было также обнаружено ранее в опытах Столетова. Объяснение оно нашло десять лет спустя, когда введенное Планком квантование энергии Альберт Эйнштейн обобщил на электромагнитное поле, введя фотоны

Фотоэффект был объяснён в 1905 году Альбертом Эйнштейном (за что в 1921 году он получил Нобелевскую премию) на основе гипотезы Макса Планка о квантовой природе света. В работе Эйнштейна содержалась важная новая гипотеза: если Планк в 1900 году предположил, что свет только излучается  квантованными порциями, то Эйнштейн уже считал, что свет и существует только в виде таких квантованных порций. Из закона сохранения энергии, при представлении света в виде частиц (фотонов), следует формула Эйнштейна для фотоэффекта:
где   — т. н. работа выхода (минимальная энергия, необходимая для удаления электрона из вещества),   — максимальная кинетическая энергия вылетающего электрона, ν — частота падающего фотона с энергией  , h — постоянная Планка. Из этой формулы следует существование красной границы фотоэффекта, то есть существование наименьшей частоты, ниже которой энергии фотона уже недостаточно для того, чтобы «выбить» электрон из металла. Суть формулы заключается в том, что энергия фотона расходуется на ионизацию атома вещества и на работу, необходимую для «вырывания» электрона, а остаток переходит в кинетическую энергию электрона.
Однако, теория Эйнштейна не смогла дать ответы на все вопросы, связанные с фотоэффектом. Именно благодаря фотоэффекту и попыткам его объяснения появилась (спустя 20 лет) КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА, объединяющая в себе классическую механику и волновую оптику.

2. ФОТОРЕЗИСТОР
Фоторезистор представляет собой полупроводниковый (о полупроводниках см. мою статью «Полупроводниковый диод») прибор [11], величина сопротивления которого меняется в зависимости от освещённости. Фоторезисторы «видимого» светового диапазона изготавливают из селенида и сульфида кадмия, Se. Для регистрации инфракрасного излучения используют Ge (чистый или с примесями Au, Cu или Zn), Si, PbS, PbSe, PbTe, InSb, InAs, HgCdTe, которые часто охлаждают до очень низких температур. Слой полупроводника наносят на стеклянную или кварцевую подложку, или вырезают в виде пластины из монокристалла. Полупроводник снабжают двумя электродами и помещают в защитный корпус.
При освещении полупроводника фотоны отдают свою энергию атомам. Те переходят в возбуждённое состояние, связанное с переходом электронов на более «высокие» энергетические уровни, создавая повышенную проводимость n-типа – это внутренний фотоэффект. При этом сопротивление полупроводника уменьшается. Изменяя силу светового потока, можно менять R фоторезистора.

Фоторезисторы, выпускавшиеся отечественной промышленностью [12]:

Схема [13].Фотодатчик 1.

Состояние транзистора (о транзисторах см. мою статью «Транзистор») Т1 определяется делителем напряжения, состоящим из резистора R1 и фоторезистора R2. Если фоторезистор освещён, сопротивление его мало, транзистор Т1 закрыт, тока в его коллекторной цепи нет. Состояние транзистора Т2 определяется подачей положительного потенциала резисторами R3 и R4 на базу Т2. Следовательно, транзистор Т2 открывается, течёт коллекторный ток, лампочка горит. При затемнении фоторезистора его сопротивление сильно увеличивается и достигает величины, когда делитель подаёт напряжение на базу Т1, достаточное для его открывания. Напряжение на коллекторе Т1 падает почти до нуля, через резистор R4 запирает транзистор Т2, лампочка гаснет.
Примечание. R1 надо подобрать таким, чтобы при нормальном освещении лампочка Л1 горела.

Схема [14]. Фотодатчик 2.

Если фоторезистор и R1 поменять местами, то при попадании света на фоторезистор его сопротивление сильно уменьшается, что приводит к открыванию транзистора Т1, а следовательно, к закрытию Т2. Лампочка не горит.
В темноте лампочка включается автоматически.
Примечание. R2 надо подобрать таким, чтобы при нормальном освещении лампочка Л1 не горела.

Схема [15]. Фоторезистор управляет электродвигателем.

Схема состоит из двух частей – усилителя на транзисторе КТ3102 и ключа – транзистора КТ829.
Работает она так. Когда фоторезистор Rф не освещен, сопротивление его велико, ток через него не течет. Когда же на него попадает свет, то сопротивление уменьшается и через него начинает течь ток. Через подстроечный резистор R2 ток течет на базу транзистора Т1. Транзистор Т1 (КТ3102) имеет большой коэффициент усиления. Этого слабого тока достаточно для того, чтобы транзистор открылся и стал пропускать через себя уже более серьезный ток. У этого транзистора большой коэффициент усиления – от 100 до 500, т.е. через его коллектор может пройти ток, который в эти 100 или 500 раз больше, чем ток, поступающий от фотодатчика на базу.
Так работает усилительный каскад. К сожалению, пропускаемого через Т1 тока не хватит для того, чтобы включить электродвигатель (максимум, что можно выжать из этого транзистора – 100 мА (0.1 Ампера), тогда как двигателю нужно около 500 мА.
Для этого и делается вторая часть – ключ.
Тока усилителя хватает для того, чтобы открыть ключевой транзистор – Т2. Транзистор Т2 (КТ829) – это уже «серьезный» прибор. Он может пропускать ток уже в несколько ампер, чего с лихвой хватает для электродвигателя. Когда транзистор Т2 открывается, через него и двигатель начинает течь ток.
Когда же количество света, попадающего на Rф уменьшается, то его сопротивление начинает возрастать, ток через Rф уменьшается, уменьшается ток через Т1 и, соответственно, уменьшается ток, пропускаемый транзистором Т2. Двигатель начинает вращаться медленнее.
Таким образом, эта схема заставляет двигатель вращаться со скоростью, определяемой освещенностью фоторезистора.

Схема [16]. Автомат управления освещением.

За основу взята схема №2, но управляет фоторезистор лампочкой на 220В через электромагнитное реле К1.
Схема представляет собой автомат включения освещения в ночное время и может быть использована в быту. Чувствительным элементом схемы является фоторезистор R1 типа ФСК-1. При освещении резистора его сопротивление невелико, транзистор V1 открыт, транзистор V2 - также открыт, реле К1 включено, при этом контакты К1.1 разомкнуты. При понижении освещения сопротивление фоторезистора возрастает, что приводит к запиранию транзисторов и отключению реле. Реле своими нормально замкнутыми контактами включает нагрузку (лампу накаливания) в сеть. Порог срабатывания автомата подбирается резистором R3. На стабилитронах V4,V5 собран стабилизатор напряжения (18 вольт) для питания электронной схемы. Конденсатор С1 сглаживает пульсации напряжения, выпрямленного мостом из диодов V6-V9. Конденсатор С2 служит ограничителем тока для стабилитронов (этот конденсатор обязательно должен быть на рабочее напряжение не менее 400-600 вольт). В качестве реле лучше применить реле типа РЭС-22 на напряжение срабатывания не менее 16 вольт (более точно подобрать реле можно, пользуясь справочником). С этим реле можно коммутировать лампу накаливания  мощностью до 150 ватт, а лучше - энергосберегающую. Предохранитель служит для защиты схемы от перегрузок и при пробое конденсатора С2.

Схема [17]. Автомат управления освещением.

В данной конструкции функцию коммутирующего элемента (вместо реле) выполняет симистор (см. мою статью «Динистор, тиристор, симистор»). Благодаря тому, что его работа не зависит от полярности приложенного напряжения, отпадает необходимость в мощном двуполупериодном выпрямителе. Это позволяет упростить конструкцию автомата и уменьшить его габариты. Предлагаемое устройство рассчитано на управление источниками света общей мощностью до 400 Вт.
Фотореле состоит из датчика освещенности (R1), порогового устройства, выполненного по схеме триггера Шмитта (VT1, VT2), и коммутирующего элемента (VS1). Фоторезистор R1 вместе с резисторами R2 и R3 образуют делитель напряжения, который определяет ток базы транзистора VT1. В дневное время суток, когда фоторезистор освещен, его сопротивление сравнительно невелико, поэтому транзистор VT1 открыт и насыщен, а VT2 закрыт. Коллекторный ток транзистора VT2, а, следовательно, и ток управляющего электрода симистора практически равен нулю. Симистор, таким образом, закрыт, и ток через нагрузку не протекает.
С уменьшением освещенности сопротивление фоторезистора возрастает, и ток базы транзистора VT1 начинает уменьшаться. При достижении определенного значения транзистор VT1 выходит из насыщения и начинает закрываться. Увеличивающееся падение напряжения на резисторе R7 ускоряет закрывание транзистора VT1 и открывание VT2. Ток управляющего электрода симистора, протекающий через открытый транзистор VT2 и резисторы R6, R7, поддерживает симистор открытым на протяжении обоих полупериодов сетевого напряжения. Следовательно, лампы сразу начинают светить в полный накал. Процесс выключения фотореле происходит в обратном порядке. Порог срабатывания фотореле устанавливают переменным резистором R2, а резистор R3 служит для ограничения тока делителя при попадании на фотоприемник прямых солнечных лучей. Резистор R6 определяет ток управляющего электрода симистора, который при открытом транзисторе VT2 должен быть больше тока включения симистора, но меньше допустимого коллекторного тока транзистора VT2. Резистор R5 уравнивает напряжение на управляющем электроде и катоде симистора, когда транзистор VT2 закрыт. Это обеспечивает надежное выключение симистора и помехоустойчивость фотореле в целом.
В устройстве использованы постоянные резисторы МЛТ, подстроечный – СП2-3. Конденсатор С1 – любой малогабаритный, С2-МБГО-2. Транзисторы VT1 и VТ2 – КТ315Г или КТ315Е с коэффициентом передачи тока не менее 60.

Схема [18]. Музыкальный инструмент «Светофон».

Тональность звучания этого простого музыкального инструмента зависит от освещённости фоторезистора.

Схема [19]. «Светотелефон».

а)УНЧ с лампой накаливания на выходе. Световой поток модулируется звуковыми колебаниями.
б) Приёмник с фоторезистором на входе, который принимает модулированный световой поток.
Справедливости ради следует отметить, что в качестве светочувствительного элемента в подобных конструкциях чаще применяют фотодиод или фототранзистор (о них – см. далее).

Довольно давно существуют электронные компоненты, которые называют «резисторная оптопара» или «резисторный оптрон» (в простонародии – просто «оптрон», не забывая о том, что они бывают разные!) – оптоэлектронный полупроводниковый прибор, в котором источник (миниатюрная лампа накаливания или светодиод (см. мою статью «Светодиод»)) и приёмник (фоторезистор) объединены в одном корпусе, но электрически не связаны. [20] - условное графическое обозначение, [21] - пример реального оптрона.

Эти радиокомпоненты используются, например:
а) в простых регулируемых делителях напряжения [22]

б) в схемах автоматического регулирования [23]

в) в триггерах [24]

Вообще же, применение оптронов гораздо шире этих примеров.

3. ФОТОДИОД
Условное графическое обозначение [25].

Простейший фотодиод представляет собой обычный полупроводниковый диод, в котором обеспечивается возможность воздействия оптического излучения на р–n-переход.
В равновесном состоянии, когда поток излучения полностью отсутствует, концентрация носителей, распределение потенциала и энергетическая зонная диаграмма фотодиода полностью соответствуют обычной p-n-структуре.
Структурная схема фотодиода. 1 — кристалл полупроводника; 2 — контакты; 3 — выводы; Φ — поток электромагнитного излучения (свет); Е — источник постоянного тока; RH — нагрузка.

При воздействии излучения в направлении, перпендикулярном плоскости p-n-перехода, в результате поглощения фотонов в n-области возникают свободные электроны и дырки (электронно-дырочные пары). Эти электроны, которые называют фотоносителями.
При диффузии фотоносителей в глубь n-области основная доля электронов и дырок не успевает рекомбинировать и доходит до границы p–n-перехода. Здесь фотоносители разделяются электрическим полем, причем дырки переходят в p-область, а электроны не могут преодолеть поле перехода и скапливаются у границы p–n-перехода и n-области.
Таким образом, ток через p–n-переход обусловлен дрейфом неосновных носителей – дырок. Дрейфовый ток фотоносителей называется фототоком.
Фотоносители – дырки – заряжают p-область положительно относительно n-области, а фотоносители – электроны – n-область отрицательно по отношению к p-области. Возникающая разность потенциалов называется фотоЭДС. Генерируемый ток в фотодиоде – обратный, он направлен от катода к аноду, причем его величина тем больше, чем больше освещенность.
Фотодиоды могут работать в одном из двух режимов – без внешнего источника электрической энергии (режим фотогенератора), либо с внешним источником электрической энергии (режим фотопреобразователя).
Фотодиоды, работающие в режиме фотогенератора, часто применяют в качестве источников питания, преобразующих энергию солнечного излучения в электрическую. Они называются солнечными элементами и входят в состав солнечных батарей [27, 28] .

КПД кремниевых солнечных элементов составляет около 20 %, а у пленочных солнечных элементов он может иметь значительно большее значение. Важными техническими параметрами солнечных батарей являются отношения их выходной мощности к массе и площади, занимаемой солнечной батареей. Эти параметры достигают значений 200 Вт/кг и 1 кВт/кв.м соответственно.
При работе фотодиода в фотопреобразовательном режиме источник питания Е включается в цепь в запирающем направлении [29].

При отсутствии освещенности фотодиод работает в режиме обычного диода. Темновой ток у германиевых фотодиодов равен 10 - 30 мкА, у кремниевых 1 - 3 мкА.
Если в фотодиодах использовать обратимый электрический пробой, сопровождающийся лавинным умножением носителей заряда, как в полупроводниковых стабилитронах, то фототок, а, следовательно, и чувствительность значительно возрастут.
Чувствительность лавинных фотодиодов [30]  может быть на несколько порядков больше, чем у обычных фотодиодов (у германиевых – в 200 – 300 раз, у кремниевых – в 104 – 106 раз).
Лавинные фотодиоды являются быстродействующими фотоэлектрическими приборами, их частотный диапазон может достигать 10 ГГц. Это плюс, а минус состоит в том, что они имеют более высокий уровень собственных шумов по сравнению с обычными фотодиодами. 

Схема [31, 32]. Фототир на базе лазерной указки.

Схема мишени [31] . Примененный в ней инфракрасный фотодиод ФД27К (подойдет любой из фотодиодов ФД20К—ФДЗОК) состоит из двух фотодиодов с общим катодом, поэтому имеет большую площадь фоточувствительного элемента. Кроме того, фоточувствительный элемент обладает большим углом обзора, поскольку не диафрагмируется корпусом. Последнее обстоятельство позволяет срабатывать мишени не при прямом попадании, а при отражении луча от воронки, покрытой фольгой или зеркальной пленкой.
Одновибратор на элементах DD1.1, DD1.2 заимствован из упомянутой публикации без изменений. Запускаемый генератор на элементах DD1.3, DD1.4 для увеличения громкости пьезоизлуча-теля доработан в соответствии с рекомендациями, изложенными в статье И. Александрова "Применение звукоизлучателя ЗП-1" в "Радио", 1995, ╧ 12, с. 54. Пьезоизлучатель включен в цепь положительной обратной связи генератора одним элементом (один вывод жесткий, корпусной, а второй — мягкий).
Для световой индикации попадания в мишень введена лампа накаливания HL1 ("Искра" — 1 В-0,068 А), зажигаемая ключом на транзисторе VT1 Лампу располагают сверху корпуса мишени рядом с выключателем SA1. При включении питания лампа кратковременно вспыхивает, свидетельствуя об исправности устройства и годности батареи.
Транзистор — любой из указанной на схеме серии. Переменный резистор — сопротивлением от 470 кОм до 1 МОм. Оксидный конденсатор С1 — К50-12, С2 — любого типа. Пьезоизлучатель BF1 — ЗП-1.

Схема включения лазерной указки [32]. Для использования элементов питания указки необходимо в ее корпусе просверлить два отверстия по диаметру используемого провода. Отверстия сверлят на расстоянии 5...7 мм от кнопки к батарейному отсеку. Далее необходимо изготовить из жести два токосъемника диаметром 8 мм и припаять к ним провода. Предварительно провода протягивают через просверленные отверстия корпуса указки. Токосъемники приклеивают (либо вдавливают горячим паяльником) по центру с обеих сторон пластмассовой пуговицы диаметром 11 мм. Вставив токосъемники в корпус указки, необходимо проверить отсутствие контакта токосъемников с корпусом.
После этого с крышки батарейного отсека снимают цепочку с карабином, а отверстие рассверливают до диаметра 2,5...3 мм. В это отверстие вставляют винт с шайбой, которые крепят провод "плюса" питания Вставляют элементы питания в корпус указки, фиксируют изолентой в нажатом положении кнопку, и проверяют указку на включение замыканием проводов от токосъемников Если лазер включается — сборка прошла успешно.

4. ФОТОТРАНЗИСТОР
Фототранзи́стор [33] — это оптоэлектронный
 полупроводниковый прибор, вариант биполярного транзистора (см. мою статью «Транзистор»). Отличается от обычного транзистора тем, что область базы доступна для светового облучения, за счёт чего появляется возможность управлять усилением электрического тока с помощью света, а также инфракрасных или ультрафиолетовых лучей.
Фототранзистор имеет структуру n-p-n или p-n-p и может усиливать ток. Дырки электронно-дырочных пар, рождённых излучением, находятся в базе, а электроны переходят в эмиттер или коллектор. При увеличении положительного потенциала базы происходит усиление фототока за счёт инжекции электронов из эмиттера в базу.

Схема [34]. «Виброход» [35] идёт на свет.

Принцип действия модели сводится к следующему. Луч от источника света попадает на фототранзисторы V1 и V2 и через транзисторные усилители воздействует на электродвигатели М1 и М2. При одинаковом освещении обоих фототранзисторов включаются оба двигателя, что приводит к вращению обоих эксцентриков. Они создают равномерную относительно луча света вибрацию площадки виброхода, и он движется в направлении источника света. Если свет от источника попадает на один фототранзистор, то срабатывает только один электродвигатель, связанный с этим фототранзистором. Другой отключается. При вращении одного грузика площадка виброхода колеблется так, что аппарат поворачивается к источнику света до тех пор, пока оба фототранзистора не будут вновь освещены. После этого виброход снова двигается прямо на источник света. 
В электрической части устройства использованы фототранзисторы типа ФТ-1, но вместо них можно применить и обычные транзисторы типа МП16. В этом случае в корпусах транзисторов со стороны, противоположной выводам, надфилем пропилите окошко размером 4x5 мм. После удаления струей воздуха опилок окошко аккуратно заклейте прозрачной пленкой. 
В качестве транзисторов V4 и V5 используются транзисторы типа МП16; транзисторы V3 и V6— типа П213Б. Микроэлектродвигатели М1 и М2 с редукторами — типа МД и 2А, часто используемые в электрических игрушках; источниками тока служат две батареи типа 3336Л. 

Примечание. В те далёкие времена, когда я делал подобные модели, достать фототранзистор было сложно. Приходилось изготавливать его из обычных транзисторов МП39-МП42, спиливая часть металлического корпуса.

Шариковая (роликовая) КОМПЬЮТЕРНАЯ МЫШЬ сейчас, практически, вымерла. Её можно обнаружить лишь на свалках, в коллекциях и, наверное, на радиорынках.
Для меня она ценна тем (в контексте данной статьи), что в ней имеется пара оптопар (каламбурчик!). Они  расположенны взаимно перпендикулярно, соответственно осям XOY плоской декартовой системы координат. Шарик [1] вращает [2] два колёсика [3] (также взаимно перпендикулярных) с прорезями, через которые светодиоды [4] посылают световой луч на фототранзисторы, а дальше уже дело АЦП.
Оптопара состоит из светодиода [СД] и фототранзистора [ФТ].

5. ФОТОТИРИСТОР [38]  — оптоэлектронный полупроводниковый прибор, имеющий структуру, схожую со структурой обычного тиристора (см. мою статью «Динистор, тиристор, симистор»), но отличающийся от последнего тем, что включается не напряжением, а светом, падающим на тиристорную структуру. Этот прибор применяется в управляемых светом выпрямителях и наиболее эффективен в управлении сильными токами при высоких напряжениях. Скорость отклика на свет — менее 1 мкс. Фототиристоры обычно изготавливают из кремния.

При освещении фототиристора в полупроводнике генерируются носители заряда обоих знаков (электроны и дырки), что приводит к увеличению тока через тиристорную структуру на величину фототока. Конструктивно [39[ фототиристор представляет собой светочувствительный монокристалл с p-n-p-n- или n-p-n-p-структурой (обычно из кремния), расположенный на металлическом основании и закрытый герметичной крышкой с прозрачным для света окном. В качестве источников света для управления фототиристорими используются обычные лампы накаливания, импульсные газоразрядные лампы, светодиоды, квантовые генераторы и др. Современные фототиристоы выпускают на силу тока от нескольких мА до 500 А и напряжение от нескольких десятков В до нескольких кВ. Фототиристоры широко применяются в различных устройствах автоматического управления и защиты, а также в мощных высоковольтных преобразователях.

6. ВАКУУМНЫЙ фотоэлемент [40]'
Фотоэлемент — электронный прибор, который преобразует энергию фотонов в электрическую энергию. Первый фотоэлемент, основанный на внешнем фотоэффекте, создал Александр Столетов в конце XIX века.

Фотокатод покрыт калием или цезием, который испускает электроны под действием падающего света. Возникающий при этом ток может быть измерен чувствительным прибором. 1 – анод; 2 – микроамперметр; 3 – фотокатод; 4 – фотоэлемент

Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ)
В фотоэлементах, основанных на внешнем фотоэффекте, поток электронов (называемых фотоэлектронами), эмитируемых под дей­ствием падающего излучения одним из электродов (фотокатодом) в вакуум (или газ), ускоряется за счет постоянного внешнего напряжения и улавливается другим электродом (ано­дом), образуя во внешней цепи электрический ток, который на­зывают фототоком.
ФЭУ называют электровакуумный прибор, преобразующий энер­гию оптического излучения в электрические сигналы и содержа­щий фотокатод, вторично-электронный умножитель и анод.

При освещении фотокатод 1 эмитирует первичные фотоэлек­троны, которые ускоряются электрическим полем и фокусируются электронно-оптической системой 2 на первый динод Э1 , вызывая его увеличенную вторичную электронную эмиссию. Вторичные электроны, вылетевшие из первого динода, ускоряются электри­ческим полем и направляются на второй динод Э2, увеличенный поток электронов со второго динода направляются на третий, четвёртый и т. д.
Электрическое поле, ускоряющее электроны, создается делителем постоянного напряжения, обеспечивающим больший поло­жительный потенциал каждого последующего каскада относительно предыдущего R1—R11.Пространство, образуемое поверхностями фотокатода 1 и первого динода Э1 с расположенными между ними электродами, называют катодной (входной) камерой ФЭУ. Форма и распределение электрического потенциала на поверхности фотокатода фоку­сирующего электрода 2 и диафрагмы 3 должны обеспечить максимальный сбор фотоэлектронов на первый динод за счет использования законов движения электронов в электрическом поле. Ка­чество электронно-оптической системы катодной камеры определяется коэффициентом сбора электронов (отношением числа фотоэлектронов, достигших первого динода, к общему числу эмитированных фото катодом электронов). Коэффициент сбора электронов у современных ФЭУ близок к единице.

Пример применения фотоэлектронного умножителя ФЭУ-2 [42] в звуковоспроизводящей системе кинопроектора.
В прошлом веке (я имею в виду вторую половину ХХв) широко были распространены кинопроекторы. В те далёкие времена не было даже видеомагнитофонов, не говоря уж о компьютерах. Кинофильмы демонстрировались (в школах и других учебных заведениях) на матерчатые экраны. Кинопроектор - аппарат для демонстрации кинофильмов с киноплёнки [43].

Кинопроекционная установка [44] (даже школьная!) представляла собой довольно сложный агрегат, состоящий из
1 - автотрансформатора (блока питания); 2 - усилителя НЧ; 3 - собственно кинопроектора; 4 - звуковой колонки.
Я вёл дисциплину "Технические средства обучения", где мои студенты учились грамотно пользоваться кинопроекторами, сдавали экзамен и получали "Права кинодемонстратора". Но это отдельная история.

В кинопроекторе световой луч от специальной «звуковой» лампы модулируется звуковыми колебаниями, проходя сквозь «звуковую дорожку» на киноплёнке, и попадает на фотоумножитель [45] усилителя НЧ. В нём модулированные световые колебания преобразуются в переменный ток звуковой частоты. Подробнее обо всём этом см. мою статью «Оптический способ записи и воспроизведения звука». В более поздних моделях кинопроекторов фотоумножители были заменены фотодиодами.

Вот и всё, если коротко, о светочувствительных радиокомпонентах. В заключение хочу отметить следующее.

1. Есть свет [46] видимый , а есть невидимый – ультрафиолет и инфракрасный. Соответственно, имеются разного типа светочувствительные радиокомпоненты – фоторезисторы, фотодиоды, фотоэлементы и т.п., которые реагируют на весь этот спектр.


2. Мы постоянно пользуемся различными пультами ДУ [47] (дистанционного управления), в которых обязательно имеется светодиод инфракрасного излучения (см. мою статью «Светодиод»), а в приёмнике сигнала (телевизор, DVD-плеер, муз.центр, домашний кинотеатр, люстра и мн.другое) имеется инфракрасный фотодиод.

3. Всё большую популярность приобретают источники «даровой» энергии. Среди них солнечным электростанциям [48] отводится не самое последнее место.

4. Фотонные компьютеры [49] будущего наверняка не смогут обойтись без наноизлучателей, наноприёмников и нанопамяти, использующих видимые лучи, инфракрасные или ультрафилетовые.

5. Данная статья не претендует на энциклопедичность, а лишь знакомит (на достаточно простом уровне) с различными светочувствительными радиокомпонентами, с их физикой и с некоторыми применениями.

2 октября 2014г.

НАЗАД на страницу РАДИОкомпоненты