ным и зеленым излучением заключены в одном корпусе и соединены друг с другом встречно. Цвет будет зависеть от полярности приложенного напряжения. При выборе светодиодов имейте в виду, что светодиоды с излучением красного цвета более эффективны и в большинстве случаев дают больше света при меньшем токе.

Фотоустройства и схемы

Фотовольтаический элемент, или солнечный элемент, - это устройство, использующее свойство света создавать электрический потенциал, величина которого, как правило, имеет порядок долей вольта. Эти устройства выпускаются уже много лет, однако только в последние годы они были во многом усовершенствованы в результате развития космической техники, поскольку их использовали в качестве источников питания для космических кораблей и для преобразования энергии.

В соответствии с нашей целью (проектирование электронной аппаратуры) более важным является применение фоторезистора, который называется также фотоэлементом с внутренним фотоэффектом или просто фотоэлементом. С термином «фотоэлемент» будьте осторожны, потому что многие используют его для обозначения почти любого фоточувствительного электронного компонента. Тем не менее в нашей книге он будет обозначать фоторезистор, называемый также фотоэлементом с внутренним фотоэффектом или просто фотоэлементом.

Для фоторезисторов используются такие материалы, как сульфид кадмия, сульфид свинца или селенид кадмия. Эти материалы обладают свойством изменения электрического сопротивления под воздействием света. При выборе устройств для конкретного проекта нужно принять во внимание то, что различ- ные фоторезисторы имеют раз- иев~т личные свойства. Одни из них, например, имеют очень высокое темповое сопротивление и просто громадное изменение сопротивления под воздействием света. Например, один из типов имеет темповое сопротивление около 500 кОм, а сопротивление при комнатном освещении примерно 20 кОм.

Рис. 15.3. Измеритель интенсивиости света с мостом Уитстона.

На рис. 15.2 показана основная схема измерителя интенсивности света, использующая фоторезисторное устройство. Сопротивление фотоэлемента ФЭ1 зависит от интенсивности света, падающего на его поверхность. Батарея Bi является источником тока для последовательной цепи, состоящей из ФЭ1, Ri и Mil. Величина тока, регистрируемая прибором Mi. зависит от сопротивлений ФЭ1 и Ri. Когда фоторезистор затемнен, сопротивление ФЭ1 будет высоким, а следовательно, ток будет мал. При возрастании интенсивности света сопротивление ФЭ1 уменьшается и показания М\ возрастают. Резистор Ri можно использовать для калибровки прибора Mi при некоторой определенной интенсивности света, так чтобы в каждом конкретном применении показания не были бы бессмысленными.

На рис. 15.3 показана более чувствительная и потенциально более полезная схема измерителя интенсивности света. Здесь мы видим еще одно применение классической мостовой схемы Уитстона. Сопротивления резисторов Ri и R2 обычно выбираются равными друг другу, хотя это просто дело удобства и не очень существенно. Эти резисторы обычно имеют сопротивление в диапазоне от 500 Ом до 20 кОм. Конкретное выбираемое значение зависит в некоторой степени от величины фотосопротивления при такой интенсивности света, при которой должен работать измеритель. Старайтесь выполнить равенство Ri = R}. и придерживаться пределов от Rz/2 до 2Rb.

Опять мы имеем в схеме калибровочный резистор, в данном случае это R4, одно из плеч моста. Резистор R4 можно отрегулировать так, чтобы ток через прибор был равен нулю, максимальному значению или некоторому заданному значению при нормальной интенсивности света в окружающей среде.

Этот тип схемы используется в обширном семействе электронных приборов и управляющих устройств, так как многие физические величины могут быть измерены по крайней мере косвенно, по коэффициенту пропускания или коэффициенту поглощения света (или белого, или определенной частоты в диапазоне от инфракрасного до ультрафиолетового). Эту область техники называют иногда фотометрией (буквально измерение с помощью света), а относящиеся к ней приборы называются фотометрами или денситометрами.

Рассмотрим пример прибора такого типа. Предположим, что некоторый параметр может быть измерен по степени поглощения красного света, проходящего через образец материала. Испытательная установка показана на рис. 15.4. На пути луча света помещен красный фильтр для устранения помех, создаваемых другими цветами. Конечно, цвет и свойства фильтра в каждом данном случае будут зависеть от свойств исследуемого материала, однако мы выбираем красный фильтр. Использование фильтра в любом случае желательно, даже если испытуемый материал не чувствителен к частоте света, так как чувствительным к частоте света является фотоэлемент. Большин-

Источник света

Образец

Путь

светового луча

Фильтр

Н схеме, I пододноО I рис 75. 3

Рис. 15.4. Простой денситометр

«ство фоторезисторов неодинаково реагируют на разные частоты света, поэтому во многих случаях должны быть предприняты меры для устранения этой проблемы. В нашем случае пропускается красная компонента источника белого света, а остальные задерживаются или по крайней мере ослабляются.

Фоторезистор включается в схему, подобную показанной на рис. 15.3. Фактически есть два пути настройки этой схемы. Например, можно отрегулировать резистор R/t так, чтобы при установке образца ток через прибор был равен нулю (или близок к нулю). Затем мы могли бы регистрировать показания прибора после удаления образца.

Лучший способ - это регулировка резистора R точно на 100 мкА при отсутствии образца. При этом подразумевается, что показания в 100 мкА соответствуют стопроцентному пропусканию света. Красная компонента полностью доходит до фотоэлемента. Когда на пути света помещен образец, он будет поглощать некоторое количество света, так что только часть его будет падать на фотоэлемент. В правильно отрегулированной схеме показания тока будут соответствовать величине коэффициента пропускания света в процентах.

Еще один вариант предыдущей схемы показан на рис. 15.5, где используются два фотоэлемента. Фактически это более предпочтительный метод, и он используется широко во многих электронных приборах. Один элемент используется как эталонный, а другой - как измерительный. Фотоэлементы включаются в противоположные плечи моста Уитстона. Интересно отметить, что прибор Ш\ может быть как микроамперметром, так и милливольтметром.

Фотоэлементы ФЭ1 и ФЭ2 выбираются в виде согласованной пары. Если в вашем распоряжении нет заранее согласованных приборов, то хорошее приближение к согласованной паре может быть получено путем сравнения темповых и световых сопротивлений набора фоторезисторов и выбора пары, дающей близкие показания.

1? 259