Puslaidininkiniai prietaisai automatinėse sistemose
Sunku įsivaizduoti šiandienį gyvenimą be automatinių sistemų, veikiančių savarankiškai, be žmogaus pagalbos. Jos valdo elektrinių traukinių ir automobilių eismą, lėktuvų ir erdvėlaivių skrydžius. Automatinės sistemos padeda ir buityje: įspėja apie gaisrą, saugo nuo avarijų. Automatinę sistemą sudaro trys komponentai: davikliai, valdikliai ir procesų mechanizmai (5.7.1 pav.).
Daviklių vaidmenį gali atlikti puslaidininkiniai prietaisai, pavyzdžiui, fotovaržai. Valdymo mechanizmai gauna informaciją iš jutiklių ir pradeda arba sustabdo procesus. Procesų mechanizmai atlieka darbą, kuriam sukurta automatinė sistema. Pavyzdžiui, perduoda detales, jas rūšiuoja. Procesų mechanizmų pavyzdžiais galima laikyti eismą reguliuojančius šviesoforus, gaisrines sirenas, įrenginius, automatiškai reguliuojančius oro drėgmę ir temperatūrą. Automobilio sistemų valdikliai gauna duomenis iš įvairių daviklių ir priima sprendimus, kurie užtikrina sklandų variklio, saugumo sistemų veikimą.
Fotoelemento samprata
Fotoelementai gali būti naudojami automatinėse valdymo sistemose. Fotoelementas (foto – gr. phōs, kilm. phōtos – šviesa + elementas) yra prietaisas, kurio veikimas pagrįstas fotoelektriniais reiškiniais. Fotoelementų būna įvairios konstrukcijos: vakuuminių, dujinių ir puslaidininkinių. Puslaidininkiniai fotoelementai naudojami apšvietimo sistemoms, aplinkos ar patalpų apšvietai matuoti, optiniams signalams versti elektriniais. Iš fotoelementų sudaromos elektros energiją gaminančios saulės baterijos, naudojamos tiek buityje, tiek erdvėlaiviuose.
Vakuuminis fotoelementas
Vakuuminį fotoelementą sudaro vakuuminis arba inertinių dujų pripildytas stiklinis balionas (5.7.2 pav.).
Dalis baliono vidinio paviršiaus padengta šviesai jautria medžiaga (fotokatodu K). Baliono centre įtaisytas metalinis žiedas arba tinklelis (anodas A). Fotoelementas prijungiamas prie įtampos šaltinio. Kai į fotokatodą nukreipiamas šviesos srautas, iš fotokatodo paviršiaus išmušami elektronai (dar vadinami fotoelektronais). Anodas juos pritraukia ir elektros grandine pradeda tekėti fotosrovė. Vakuuminiai fotoelementai naudojami garsui kino juostoje atkurti (5.7.3 pav.), gatvių apšvietimui įjungti ir išjungti, konvejeriuose (slenkančioms detalėms skaičiuoti) ir daugelyje kitų sričių.
Fotovaržas
Fotovaržas (dar vadinamas fotorezistoriumi) yra puslaidininkinis fotoelementas, kurio varža priklauso nuo apšvietos. Jis turi šviesai jautrų paviršių, du išvadus ir keraminį pagrindą (5.7.4 pav., a). Elektrinėse schemose fotovaržas žymimas sutartiniu ženklu (5.7.4 pav., b). Fotovaržo elektrinė varža mažėja jį apšviečiant. Tamsoje fotovaržo varža gali siekti kelis milijonus omų, o šviesoje – tik kelis šimtus omų.
Fotovaržo veikimas pagrįstas savaiminiu puslaidininkių laidumu. Apšvietus fotovaržą nutrūksta kovalentiniai ryšiai puslaidininkyje ir padaugėja laisvųjų elektronų bei skylių. Dėl to puslaidininkio varža sumažėja, bet padidėja jo elektrinis laidumas, šviesos diodas ima šviesti (5.7.5 pav.). Fotovaržai naudojami gaminių paviršiaus kokybei tikrinti, silpniems šviesos srautams registruoti, gatvių apšvietimui reguliuoti.
Saulės baterija
Saulė – galingiausias atsinaujinančiųjų išteklių energijos šaltinis. Saulės baterija (kitaip – saulės elementas, fotovoltinė baterija) yra įrenginys, Saulės energiją paverčiantis elektros energija (5.7.6 pav., a). Saulės baterijų (1) gamybai naudojamos puslaidininkinės medžiagos, tokios kaip silicis, germanis, selenas. Saulės baterijos sukuria nuolatinę elektros srovę (DC). Patekusi į įtampos keitiklį (2) nuolatinė elektros srovė paverčiama kintamąja (AC) ir perduodama elektros vartotojams (3). Perteklinė elektros energija perduodama į tinklus (4). Dalis saulės baterijų sukurtos energijos kaupiama akumuliatoriuje (5). Akumuliatorius – tarsi elektros energijos sandėlis, kuriame sukaupta elektros energija naudojama, kai nepakanka saulės baterijų pagamintos energijos.
Svarbiausia saulės baterijų dalis – fotodiodas, kuris Saulės energiją paverčia elektros energija (5.7.6 pav., b). Kai Saulės šviesa (1) apšviečia fotodiodą, jo pn sandūroje (2) atsiranda laisvųjų elektronų ir skylių. Juos veikia pn sandūros elektrinis laukas. Dėl elektrinio lauko poveikio skylės patenka į p sritį (3), elektronai – į n sritį (4), p sritis įsielektrina teigiamai, o n sritis – neigiamai. Tarp p ir n sričių atsiranda įtampa ir elektros grandine (5) pradeda tekėti elektros srovė (5.7.6 pav., b).
Tarpdalykinis projektas
Puslaidininkių nauda šiuolaikiniame pasaulyje nekelia abejonių. Galbūt dėl to jie netgi vadinami skaitmeninio amžiaus nafta. Puslaidininkiai naudojami gaminant lustus, būtinus daugeliui elektroninių, išmaniųjų įrenginių. Paieškokite informacijos apie lustus, jų gamybą, reikšmę ateities technologijoms ir parenkite pranešimą, tinklalaidę arba kitaip pasidalykite surinkta medžiaga su bendraklasiais.
- Service provided by UAB "Biznio mašinų kompanija" and "Star Cloud OÜ"