Фотоэлектрическим датчиком именуется датчик, который реагирует на изменение освещенности. В фотоэлектрических датчиках используются три вида фотоэффекта (под фотоэффектом понимается явление конфигурации параметров вещества при изменении его освещен­ности):

1 -внешний фотоэффект, состоящий в том, что под воздействием световой энергии происходит вылет электронов (эмис­сия) из катода электрической лампы; ве­личина тока эмиссии зависит от освещенности катода,

2 – внутренний фотоэффект, состоя­щий в том, что активное сопротивле­ние (электропроводность) полупровод­ника зависит от его освещенности,

3 – вентильный фотоэффект, заклю­чающийся в том, что меж слоями освещаемого проводника и неосвещаемого полупроводника, разбитых тон­ким изоляционным слоем, появляется электродвижущая сила, величина кото­рой находится в зависимости от освещенности.

Фотоэлементы с наружным фотоэффектом представляют собой вакуумную либо газонаполненную лампу с катодом из фоточувствительного слоя.

На рис. 1 приведена схема соединения фотоэлемента с анод­ной батареей. Анод  А и катод К фотоэлемента Ф заключены в стек­лянный баллон, из которого откачан воздух (у вакуумных фото­элементов) либо который после откачки воздуха заполнен разрежен­ным газом—аргоном (у газонаполненных фотоэлементов).

Когда световой поток падает на катод, покрытый активным слоем, часть лучистой энергии, поглощаемая катодом, сообщается электронам и электроны вылетают из катода. Это явление именуется фото­электронной эмиссией. Чтоб использовать эту эмиссию, меж анодом и фотокатодом создается электронное поле, направляю­щее электроны к положительно заряженному аноду. Когда дейст­вие света прекращается, ток в фотоэлементе исчезает.

К фабричным типам фотоэлементов с наружным фотоэффектом принадлежат фотоэлементы типа ЦГ (кислородно-цезиевый газонаполненный), типа СЦВ (сурьмяно-цезиевый вакуумный).

Работа фотоэлементов определяется их чертами. Рас­смотрим некие из их. Линия, изображающая зависимость фототока фотоэлемента от напряжения на аноде, именуется вольт-амперной чертой.

Световой чертой фотоэлемента именуется зависи­мость фототока от светового потока, падающего на фотокатод.

Световая черта определяет чувствительность фото­элемента. Чувствительность фотоэлемента есть отношение вели­чины фототока в микроамперах к величине светового потока в люменах, вызвавшего этот ток. Фотоэлемент реагирует на интен­сивность светового потока и его частоту, потому чувствительность его делится на интегральную (по интенсивности) и спектральную (по частоте).

Интегральной чувствительностью фотоэлемента именуется величина тока фотоэлектронной эмиссии, создаваемого в фотоэле­менте всем световым потоком (от ультрафиолетовых до инфракрас­ных лучей включительно).

Спектральная чувствительность фото­элемента охарактеризовывает его способность реагировать на световые колебания одной частоты (т. е. определенной длины волны).

В вакуумных фотоэлементах анодный ток обоснован только электронами, вылетающими из фотокатода, и световая характери­стика такового фотоэлемента линейна (прямые 1 и 2 на рис. 2 а). В газонаполненных фотоэлементах ток создается не только лишь электро­нами, вылетевшими из катода, но также электронами и ионами, получающимися в итоге ионизации газа, этим объясняет­ся нелинейность их световых черт (кривые 3 и 4 на рис. 2 а).

На рис. 2 а фототок I  выражен в микроамперах, а световой поток Ф – в люменах.

В газонаполненных фотоэлементах имеющиеся молекулы газа делают возможность использовать ионизацию для роста фототока, что наглядно видно из сопоставления вольт-амперных черт (рис. 2 б), газонаполненного фотоэлемента (кри­вая 2) и вакуумного (кривая 1).

Чувствительность газонаполненного фотоэлемента больше чув­ствительности вакуумного фотоэлемента. К примеру, при номи­нальном рабочем напряжении 240 в интегральная чувствительность вакуумного фотоэлемента типа СЦВ-4 составляет 100 мка/лм, а газонаполненного фотоэлемента типа ЦГ-4 – 200 мка/лм.

Внедрение фотоэлементов в схемах автоматики просит внедрения усилителей с очень огромным коэффициентом усиления. Фотоэлементы с внутренним фотоэффек­том (фотосопротивления). Явление внутреннего фотоэффекта заключается в том, что в итоге поглощения света в полупроводнике возникают дополнительные свободные электро­ны, по этому проводимость вещества возрастает, а сопро­тивление его миниатюризируется.

Фотосопротивление (рис. 3) со­стоит из светочувствительного слоя полупроводника I шириной около 1 мкм, нанесенного на стеклянную либо кварцевую пластин­ку 2. На поверхности полупроводника укреплены токосъемные электроды 3 (обычно золотые). Чувствительный к свету элемент с токосъемными электродами устанавливается в пластмассовом корпусе так, чтоб выступающие электроды обеспечили включение фото­сопротивления в схему через специальную панель. На рис. 3 б приведен внешний облик и даны габариты фотосопротивления типа ФС-К1.

Выпускаемые индустрией фотосопротивления имеют последующие типовые обозначения: за знаками ФС, обозначающими фотосопротивление, стоят буковкы и числа, имеющие отношение к составу материала и к конструкции фотосопротивления. Так, фото­сопротивления из сернистого свинца, не считая букв ФС, имеют обоз­начения А, из сернистого висмута – Б, из сернистого кадмия – К.

Работа фотосопротивления состоит в том, что при освеще­нии электронное сопротивление резко падает и, как следует, ток в электронной цепи, в которую включено фотосопротивле­ние, растет. Ток через фотосопротивление, включенное в цепь, проходит и в мгле, но при освещении величина тока резко растет. Мерой чувствительности фотосопротивления является разность токов в мгле и на свету, отнесенная к величине свето­вого потока, падающего на фотосопротивление.

Следует выделить, что чувствительность фотосопротивле­ний во много раз больше чувствительности фотоэлементов с внеш­ним фотоэффектом. Интегральная чувствительность неких фотосопротивлений, к примеру ФС-КМ2, при самом большом допусти­мом напряжении составляет 3000—10000 мка/лм.

Основными чертами фотосопротивления являются: спектральная, которая охарактеризовывает чувствительность фотосопро­тивления при действии на него излучения определенной длины волны; световая, которая охарактеризовывает чувствительность фотосовентильных фотоэлементов сравнимо велика, потому что система электродов, разбитых тончайшим запирающим слоем, образует значительную емкость.

Литература: И. Г. Мясковский “Базы автоматизации производства.”