ELEKTRONIKA Součástky řízené světlem

Výukový materiál Číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/34.0608 Šablona: III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Číslo materiálu: 01_02_32_INOVACE_15

Financováno z ESF a státního rozpočtu ČR. SOUČÁSTKY ŘÍZENÉ SVĚTLEM Předmět: ELEKTRONIKA Ročník: ME2 Jméno autora: Ing. Miroslav Sámel Škola: SPŠ Hranice Anotace : Prezentace objasňuje princip činnosti, druhy, konstrukci a použití elektronických součástek řízených světlem. Klíčová slova: Polovodičový přechod, nosiče náboje, světlo, vlnová délka, fotorezistor, fotodioda, fototranzistor, fotovoltaický článek. Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Ing. Miroslav Sámel Financováno z ESF a státního rozpočtu ČR.

SOUČÁSTKY ŘÍZENÉ SVĚTLEM Pamatujte si: Definice Součástky řízené světlem: fotorezistor fotodioda fototranzistor fotovoltaický článek Součástky řízené světlem jsou elektronické součástky, které mění své parametry (odpor, vodivost) v závislosti na intenzitě a vlnové délce světla, které na ně dopadá. Základní používané součástky: fotorezistor (mění svůj elektrický odpor v závislosti na světle) fotodioda (mění svojí vodivost v závislosti na světle) fototranzistor (světlo působí jako báze – řídí vodivost CE) fotovoltaický článek (zdroj elektrické energie) 01_02_32_INOVACE_15, Elektronika, Součástky řízené světlem Ing. Miroslav Sámel

SOUČÁSTKY ŘÍZENÉ SVĚTLEM Pamatujte si: Fotorezistor Konstrukce fotorezistoru: Na izolační destičku z keramiky nebo skla (1) se napaří vrstva polovodičového materiálu (2) a dvě kovové elektrody (3). Celek se zalije průhlednou polyesterovou pryskyřicí (4) a uzavře do pouzdra. Jako polovodič se používá selen, sirník olovnatý, sirník thalia nebo sirník kadmia. Fotony, které dopadají na elektrony valenční sféry v polovodiči, předávají elektronům svoji energii a uvolňují je z valenční sféry. Tím se zmenšuje odpor polovodiče. Elektrickou vodivost neosvětleného fotorezistoru nazýváme vodivost za tmy, vodivost osvětleného fotorezistoru se nazývá vodivost při osvětlení. Přírůstek vodivosti způsobený osvětlením se nazývá fotoelektrická vodivost. Fotorezistory jsou určeny pro obvody se stejnosměrným i střídavým proudem. Jejich nevýhodou je značná setrvačnost a velká závislost na teplotě. Součástky řízené světlem: fotorezistor fotodioda fototranzistor fotovoltaický článek 01_02_32_INOVACE_15, Elektronika, Součástky řízené světlem Ing. Miroslav Sámel

SOUČÁSTKY ŘÍZENÉ SVĚTLEM Pamatujte si: Fotodioda Odporová fotodioda se provedením neliší od fotoelektrického článku. Rozdíl je pouze ve způsobu zapojení do elektrického obvodu – fotoelektrický článek se zapojuje do obvodu jako zdroj fotoelektrického napětí, odporová fotodioda se zapojuje jako rezistor s proměnlivým odporem.   Osvětlením přechodu PN se zvětší pohyblivost a koncentrace minoritních nosičů a tím i vodivost přechodu PN ve zpětném směru. Do obvodu se fotodioda zapojuje ve zpětném směru. Součástky řízené světlem: fotorezistor fotodioda fototranzistor fotovoltaický článek 01_02_32_INOVACE_15, Elektronika, Součástky řízené světlem Ing. Miroslav Sámel

SOUČÁSTKY ŘÍZENÉ SVĚTLEM Pamatujte si: Fototranzistor Dopadem fotonů na bázi tranzistoru NPN se v ní uvolňují vazby elektronových dvojic a z každé z nich vzniká volný elektron a volná díra. Elektrony, které jsou v bázi typu P minoritními nosiči, zvětšují zbytkový kolektorový proud. Díry v bázi zůstávají a nabíjejí ji kladně. Kladný náboj báze přitom zmenšuje potenciálovou přehradu majoritních nosičů mezi emitorem a bází. Zmenší-li se však tato bariéra, sníží se prahové napětí v přímém směru mezi emitorem a bází.   Vstřikování minoritních nosičů do báze se zvětšilo a tím se zvětšil i kolektorový proud. Zátěží R v kolektorovém obvodu protéká větší proud. Součástky řízené světlem: fotorezistor fotodioda fototranzistor fotovoltaický článek 01_02_32_INOVACE_15, Elektronika, Součástky řízené světlem Ing. Miroslav Sámel

SOUČÁSTKY ŘÍZENÉ SVĚTLEM Pamatujte si: Fotovoltaický článek Fotoelektrický (fotovoltaický) článek tvoří destička polovodiče, v němž je příměsemi trojmocného a pětimocného prvku vytvořen přechod PN. Destička s přechodem je uložena v pouzdře s průhledným okénkem.   a) Za tmy rekombinují na rozhraní přechodu majoritní nosiče (elektrony v N a díry v P). Na přechodu se vytvoří potenciálová bariéra s polaritou + T, - T. Mezi elektrodami vznikne pásmo bez volných nosičů, s velkým elektrickým odporem. Součástky řízené světlem: fotorezistor fotodioda fototranzistor fotovoltaický článek 01_02_32_INOVACE_15, Elektronika, Součástky řízené světlem Ing. Miroslav Sámel

SOUČÁSTKY ŘÍZENÉ SVĚTLEM Pamatujte si: Fotovoltaický článek b) Osvětlíme-li přechod PN, budou fotony dopadat na obě vrstvy (P i N). Dopadne-li foton ve vrstvě P na elektronovou dvojici, rozbije její vazbu, takže vzniknou dva volné nosiče – kladná díra a záporný elektron. Totéž se stane i ve vrstvě N. Elektron, který se uvolnil ve vrstvě P je v ní minoritním nosičem a je vytlačován zápornou elektrodou potenciálové přehrady na rozhraní obou vrstev. Podobně je díra ve vrstvě N odpuzována od kladné elektrody potenciálové bariéry. Na rozhraní obou vrstev oba minoritní nosiče rekombinují. Součástky řízené světlem: fotorezistor fotodioda fototranzistor fotovoltaický článek 01_02_32_INOVACE_15, Elektronika, Součástky řízené světlem Ing. Miroslav Sámel

SOUČÁSTKY ŘÍZENÉ SVĚTLEM Pamatujte si: Fotovoltaický článek b) Vzniká potenciálová bariéra minoritních nosičů s polaritou + F, - F. Budeme-li přechod trvale osvětlovat, budou se neustále uvolňovat vazby elektronových dvojic a na přechodu budou rekombinovat minoritní a majoritní nosiče. Součástky řízené světlem: fotorezistor fotodioda fototranzistor fotovoltaický článek 01_02_32_INOVACE_15, Elektronika, Součástky řízené světlem Ing. Miroslav Sámel

SOUČÁSTKY ŘÍZENÉ SVĚTLEM Pamatujte si: Fotovoltaický článek c) Spojíme-li vrstvu P s vrstvou N vnějším elektrickým obvodem, bude se moci rovnovážný stav obnovovat tokem minoritních nosičů přes vnější elektrický obvod místo rekombinací majoritních nosičů na rozhraní obou vrstev. Vnějším obvodem bude procházet elektrický proud. Článek se chová jako zdroj napětí (mluvíme o tzv. fotoelektrickém napětí) a má polaritu odpovídající polaritě potenciálové přehrady minoritních nosičů (F). Součástky řízené světlem: fotorezistor fotodioda fototranzistor fotovoltaický článek 01_02_32_INOVACE_15, Elektronika, Součástky řízené světlem Ing. Miroslav Sámel

SOUČÁSTKY ŘÍZENÉ SVĚTLEM Pamatujte si: Fotovoltaický článek Pro přípravu přechodu PN se používá germanium a křemík. Ke stejnému jevu dochází i na styku polykrystalického selenu s kovem.   Napětí naprázdno dosahuje u křemíkového fotoelektrického článku velikosti asi 0,4 V, u germaniového asi 0,16 V a u selenového asi 0,3 V. Součástky řízené světlem: fotorezistor fotodioda fototranzistor fotovoltaický článek 01_02_32_INOVACE_15, Elektronika, Součástky řízené světlem Ing. Miroslav Sámel

SOUČÁSTKY ŘÍZENÉ SVĚTLEM Pamatujte si: Zdroje a literatura Součástky řízené světlem: fotorezistor fotodioda fototranzistor fotovoltaický článek [1] VOŽENÍLEK, L.; ŘEŠÁTKO, M.. Základy elektrotechniky II. pro 2. ročník SOU elektrotechnických. Praha: SNTL, 1984, ISBN BEZ. [2] KESL, Jan. Elektronika I. Praha: NAKLADATELSTVÍ BEN, 2006, ISBN 978-80-7300-143-8. www.office.microsoft.com 01_02_32_INOVACE_15, Elektronika, Součástky řízené světlem Ing. Miroslav Sámel