Селенового фотоэлемента

Для изготовления полупроводниковых элементов - выпрямителей переменного тока и фотоэлементов - используют серый кристаллический селен. Ширина его запрещенной зоны 1,79 эВ. Температурный интервал работы селеновых выпрямителей от -60 до +75° С. Содержание неконтролируемых примесей в селене, пригодном для изготовления выпрямителей, может составлять Я-1(Т3%. Такой селен всегда обладает дырочным типом электропроводности. Его р порядка Iff Ом-м (при комнатной температуре). Снижение удельного сопро-

Более перспективным оказалось применение полупроводников (меднозакисных и селеновых выпрямителей), начатое также еще в 30-е годы для выполнения реле, работающих на выпрямленных токах. Дальнейшее развитие это направление получило в конце 40-х годов, когда стало возможным применение германиевых и кремниевых диодов и транзисторов. В последующие годы в Советском Союзе и за рубежом разрабатывались и выполнялись с использованием полупроводников как отдельные бесконтактные реле и устройства, так и защиты в целом. Опыт выполнения и эксплуатации таких защит несмотря на ряд возникающих трудностей оказался безусловно положительным. Однако надежды, возлагавшиеся на полупроводниковые защиты по потребляемым мощностям и связанным с ними чувствительностям, оправдались не полностью. Выявилась также их относительно невысокая надежность, обусловленная недостаточной стабильностью параметров и наличием весьма большого количества внешних соединений между отдельными функциональными элементами защиты.

Б. П. Асеев (1930 г.) и Г. С. Цыкин (1936 г.) создали общий метод инженерного расчета кенотронного выпрямителя, работающего на нагрузку с емкостной реакцией. Его усовершенствовали Б. П. Терентьев, А. М. Утевский, К. Б. Мазель. Фундаментальные работы по инженерному расчету селеновых выпрямителей выполнил В. Г. Комар.

Под сроком службы элемента понимают время, по истечении которого выпрямленное напряжение снижается на 6—10%. После этого старение элемента заметно замедляется и дальнейшее падение напряжения становится почти несущественным. Для восстановления номинального значения выпрямленного напряжения повышают переменное напряжение примерно на 10%, подключая дополнительные витки вторичной обмотки трансформатора. Эти витки заранее предусматривают при конструировании селеновых выпрямителей.

Выпрямитель выпускается в виде передвижной однопостовой сварочной установки, состоящей в основном из понижающего трехфазного трансформатора, блока селеновых выпрямителей, вентилятора и пускорегулирующей аппаратуры, смонтированных в общем кожухе.

В технологии изготовления селеновых выпрямителей различных серий могут существовать свои особенности. В соответствии с этими особенностями полярность прямого включения может быть противоположной по сравнению с указанной на 3.42, т. е. выпрямляющий электрический переход может быть создан вблизи алюминиевого основания или вблизи верхнего электрода.

Максимально допустимая плотность тока в прямом направлении для селеновых выпрямителей разных серий не превосходит 100 мА/см2, что на три порядка меньше по сравнению с кремниевыми и германиевыми диодами. Именно поэтому для выпрямления больших токов приходится соединять селеновые выпрямительные пластины параллельно даже при наличии пластин большой площади.

Большая барьерная емкость селеновых выпрямителей при относительно малой допустимой плотности прямого тока ограничивает их применение при повышенных частотах.

Параметры селеновых выпрямителей изменяются со временем как при хранении, так и при работе. Длительное хранение приводит к возрастанию обратного тока. Этот процесс, известный под названием расформовки, вызван диффузией галоидов и некоторым изменением химического состава полупроводника. Расфор-мовка, как правило, процесс обратимый. После подачи на выпрямитель обратного или переменного напряжения обратный ток уменьшается со временем, достигая номинального значения в течение 2...3 мин.

Необратимое возрастание прямого напряжения на селеновых выпрямителях, называемое старением, при хранении незначительно, но ускоряется при эксплуатации Процесс старения связан с увеличением сопротивления слоя селена вследствие обеднения его галогенными примесями, а также с увеличением сопротивления омического перехода между селеном и алюминиевым электродом. Интенсивность этих процессов возрастает с повышением температуры, что и определяет верхний предел диапазона рабочих температур селеновых выпрямителей, который составляет для разных серий выпрямителей 75 .. ... 125°С.

выпрямительным диодам. Однако применение селеновых выпрямителей в различных установках остается широким, а промышленный выпуск различных типов селеновых выпрямителей не снижается. Вызвано это, во-первых, простотой технологии изготовления селеновых выпрямителей и, следовательно, низкой их себестоимостью.

телей заряда — дырки и электроны. Возникающие под действием световой энергии дырки уходят в слой р, а электроны — в слой п. Это приводит к образованию избытка дырок в слое р и электронов в слое п. Разность потенциалов между слоями р и п вызывает прохождение во внешней цепи тока /ф) величина которого пропорциональна числу электронов и дырок и, следовательно, освещенности фотоэлемента. Световые характеристики селенового фотоэлемента показаны на 4.4, в. При малых сопротивлениях нагрузки, порядка 30 ч- 100 ом световые характеристики практически линейны; при нагрузке порядка

500 ^- 1000 ом они становятся нелинейными. Чувствительность селенового фотоэлемента 400 •*- 500 мка/лм. Спектральная характеристика, показанная на 4.4, г, лежит в области световой части спектра с максимумом около 0,55 ммкм. Селеновый фотоэлемент обладает значительной инерционностью, что объясняется большой величиной его собственной емкости. Чувствительность его довольно сильно зависит от температуры окружающей среды. Селеновые фотоэлементы применяются в фотоэлектрических и релейных схемах. Часто их используют в портативных переносных экспонометрах для определения освещенности при фотографировании.

Параметры фотоэлементов различных типов. Основными типами фотоэлементов, используемых в качестве фотогальванических приемников излучения, служат селеновые и сернистосеребряные фотоэлементы. Устройство селенового фотоэлемента было показано на '14-8, а. Эти фотоэлементы используются в основном в кино-и фотоаппаратуре, так как их спектральная характеристика близка к кривой видности глаза ( 14-11, а).

Параметры фотоэлементов различных типов. Основными типами фотоэлементов, используемых в качестве фотогальванических приемников излучения, служат селеновые и сернистосеребряные фотоэлементы. Устройство селенового фотоэлемента было показано на '14-8, а. Эти фотоэлементы используются в основном в кино-и фотоаппаратуре, так как их спектральная характеристика близка к кривой видности глаза ( 14-11, а).

Люксметр состоит из селенового фотоэлемента и измерительного механизма, смонтированных в пластмассовом корпусе.

Также весьма разнообразны спектральные характеристики различных фотоэлементов. Кривая 4 изображает относительную спектральную чувствительность селенового фотоэлемента, применяемого для световых измерений.

Основанием селенового фотоэлемента служит массивная стальная пластинка 1, на которую нанесен непрозрач-

запирающий слой лишь в одном направлении — от селена к слою золота. Если замкнуть зажимы фотоэлемента на гальванометр 6, то в цепи возникает электрический ток, направление которого указано на чертеже стрелками. Ток, как было показано Столетовым, пропорционален падающему на поверхность фотоэлемента световому потоку, т. е. освещенности в плоскости фотоэлемента. Эта пропорциональность имеет место в режиме короткого замыкания (при сопротивлении внешней цепи, равном нулю). При включении фотоэлемента в цепь гальванометра пропорциональность нарушается, причем это нарушение увеличивается с ростом освещенности, вызывающим уменьшение внутреннего сопротивления селенового фотоэлемента ( 2-3).

Существенное преимущество селенового фотоэлемента по сравнению с другими типами фотоэлементов заключается в том, что максимум кривой спектральной чувствительности селенового фотоэлемента расположен вблизи максимума нормализованной кривой относительной спектральной световой эффективности ( 2-4). Практически полное совмещение кривой спектральной чувствительности селенового фотоэлемента с нормализованной кривой относительной спектральной световой эффективности может быть достигнуто применением прозрачных корригирующих фильтров.

слой селена. Селеновые фотоэлементы инерционны, т. е. номинальный ток при различных сопротивлениях нагрузки устанавливается в течение 10~2— —10~3 сек после начала освещения. Ток селенового фотоэлемента зависит от температуры окружающей среды, причем температурный коэффициент для различных фотоэлементов меняется в достаточно широких пределах.

4. Внутреннее сопротивление селенового фотоэлемента зависит от его площади и уровня измеряемой освещенности. Для разных конструкций фотоэлементов внутреннее сопротивление составляет от 300 до 2 000 Ом. При увеличении освещенности внутреннее сопротивление селеновых фотоэлементов падает, что нарушает пропорциональность между освещенностью и током, причем тем сильнее, чем больше сопротивление внешней цепи ( 2-3). Для сохранения пропорциональности между освещенностью и