Гальванические элементы, фотодиоды

Гальванические элементы

Полупроводниковые приборы потребляют мало энергии, но без источника напряжения светодиоды, например, не работают. В большинстве малогабаритных устройств, использующих полупроводниковые преобразователи (в том числе и в телевизионных пультах), источником напряжения служат гальванические элементы. При той небольшой мощности и малом напряжении, которые необходимы полупроводниковым преобразователям, гальванические элементы имеют малый вес и габариты, и достаточно большой срок службы.
Металлы для электродов гальванического элемента подбираются таким образом, чтобы у одного из них с электролитом шла реакция окисления. При этой реакции в металл поступают электроны, которые затем по внешней цепи идут ко второму электроду и там участвуют в реакции восстановления металла электролитом. Ток этих электронов и есть рабочий ток гальванического элемента.
Эффективная работа гальванического элемента зависит, прежде всего, от подбора компонентов гальванического элемента — одного и второго электрода и электролита. Наиболее часто в первых гальванических элементах в качестве электролита использовались щелочи (КОН и NaOH) или нашатырь (NH4CI), в качестве одного из электродов цинк, а в качестве другого — хорошо проводящая окись марганца или уголь.

Фотодиоды

Фотодиод, воспринимающий световые импульсы с пульта, находится в телевизоре, но работает совместно с пультом. В полупроводниковом диоде есть р- и л-зоны (кубики), носители тока, который создаётся благодаря введению в основной материал определенных добавок. В таком диоде на границе зон возникает запорное поле, из-за которого электроны не могут попасть в зону р, а дырки — в зону л.

Допустим, на такой диод упал луч света. За счет энергии фотонов электроны, каждый из которых ранее был связан с определенным атомом, освобождаются от этой связи и становятся свободными. А появление атомов с недостающими электронами эквивалентно появлению других носителей тока — дырок. Для определенности предположим, что освещается p-зона. Значит, в p-зоне появились дополнительные дырки, а также электроны. Легко сообразить, что запорное поле, которое не давало дыркам из p-зоны перейти в л-зону, для электронов p-зоны не только не является препятствием, а даже наоборот, оно будет ускорять их в этом направлении. Значит, через запертый фотодиодный модуль,  если его осветить, может протекать электрический ток. Только нужно, чтобы освещаемая зона была тонкой, тогда носители тока успевают перейти в другую зону до того, как дырки и созданные светом электроны рекомбинируют.

Для фотодиодов возможны два режима работы. При одном на фотодиод подается напряжение, имеющее запорную полярность («+» на л-кубик). Тогда запорное поле между р- и л-зонами усиливается, и только один из созданных светом носителей тока пересечет границу зон и создаст ток через фотодиод. В другом режиме к фотодиоду не прикладывается напряжение. А поскольку внутреннее запорное поле в области контакта будет при освещении фотодиода переводить носители тока одного знака в другой кубик, в одном из них будет избыток носителей тока этого знака (например, электронов). В кубике же, в котором светом создавались пары носителей тока, из-за ухода электронов будет избыток дырок, то есть в этом кубике образуется избыток носителей тока другого знака.

Значит, на контактах фотодиода возникнет электродвижущая сила. Очевидно, она должна быть лишь меньше перепада напряжения, созданного запорным полем на контакте, то есть мала.
Но такой режим очень удобен. Включив фотодиод в цепь, можно получить ток без источника напряжения в цепи. Генератором напряжения служит сам фотодиод. Заметим, что тепловое движение, делая некоторые электроны свободными, тоже создает пары электрон-дырка. И один из носителей тока этой пары также не будет запорным полем на контакте задерживаться, а будет ускоряться. Но таких носителей мало и создаваемый ими ток мал.

Еще записи на эту же тему:



Оставить комментарий (Зарегистрируйтесь и пишите коментарии без CAPTCHи !)

 
© 2008-2019 EnergyFuture.RU Профессионально об энергетике. All rights reserved. Перепечатка материалов разрешается при условии установки активной гиперссылки на EnergyFuture.RU.