CC BY
17
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО
ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
1969
Том 171
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С КРЕМНИЕВЫМ
ФОТОДИОДОМ ТИПА КФДМ
М. С. РОЙТМАН, В. Р. ЦИБУЛЬСКИЙ
(Представлена научным семинаром кафедры радиотехники)
Основным элементом, обусловливающим метрологические характеристики образцовой поверочной и измерительной аппаратуры переменного тока, является измерительный преобразователь. В метрологических организациях страны и за рубежом в качестве такого элемента используются термоэлектрические преобразователи.
В результате проведенных авторами и Э. И. Цимбалистом исследований все более широкое применение в поверочной аппаратуре находят фотоэлектрические преобразователи (ФП) на базе маломощных лампочек накаливания и фотосопротивлений (1], [2]. К сожалению, выпускаемые в настоящее время отечественной промышленностью фотосопротивления не обладают достаточной временной стабильностью, эффект «дыхания» у фотосопротивления достигает 0,1% за 5 мин. Это вполне допустимо для подавляющего большинства случаев практического применения, но неприемлемо для прецизионных компараторов.
В связи со сказанным, огромное значение приобретают вопросы поиска световоспринимающего элемента с достаточно высокой временной стабильностью. В настоящей статье приведены результаты экспериментального исследования ФП на базе специальных опытных маломощных лампочек накаливания и фотодиодов КФДМ. Вольтамперные характеристики КФДМ для различных токов лампочки приведены на рис. 1 (обратное включение диода).
Коэффициент передачи фотопреобразователя равен
АЛ
77
где Яд — сопротивление фотодиода; /л — ток через лампочку; Д/л — приращениё тока через лампочку;
— соответствующее приращение сопротивления фотодиода. Изменение К при увеличении освещенности показано на рис. 2.
Схема измерения температурной нестабильности преобразователя приведена на рис. 3.
На рис. 4 даны графики температурной нестабильности фотодиода (I) и преобразователя в целом (II). (Лампочка работает в режиме заданного напряжения, температурные коэффициенты даны по модулю)' 105
КФДМ N3 го /5
10
5
-Г,5 -1 -аз 0 0.5
Х^ЗОт 0 -5
/
1л-35т я *ю
-15
1А-<Шт 9 -20 )
и&м
30 25 20 15 Ю 5 0
Температурная юстаЬиьъностъ КОДМ (I) и
лары (Ю
с% •
1/ У/
/у А
// у
у >
20 25 30 35 40 45 50 55 Л
Рис. 4.
Рис. 1.
к
|
Р309 1 у А
40 Л"»
Рис. 3. С/С — ступенчатый компенсатор— КЛ 0,02%, Б\ — кислотный аккумулятор Е = 2 в; Я1— реостат проволочный манганиновый г =10 ом; ^ — образцовое сопротивление г = \ ом <гЛ}огта» № 1606044 кл. 0,01 %; Лх— лампоЧка накаливания НСМ; Д{ — фотодиод КФДМ; % з — проволочное манганиновое сопротивление г = 10 ком; —нагрузка для СК г =100 ом; Р309 — потенциометр кл. 0,005% № 000080
££
0,00/6 0,000$ о
0.0016 ■0,0024 '0,0011 -0,0044)
-о,от
•0.0056 •0,0064
0,5
о < -в*
'15
-2,0
ь*
Фотодиод ИФйЬА
/л= 32^
70
10 20 30 АО 50 60 1во 90
/
/ № 6/па
/
к /
N \ /
N
Фотодиод КФА№ N3 , режим темноЗой
1 60 оо ¿20*
ц
к 1
1(*Щ
Рис. 5.
Темлературный коэффициент КФДМ по полученным данным равен
А> = 0,3 н- 0,6%/град, К °
а приведенный по входу — =0,03^-0,06 %/град.
К
Временная нестабильность преобразователя (рис. 5) определяется по схеме, приведенной на рис. 3, но с учетом нестабильности источников ¿>1 и ¿>2-
На рис. 6 дана нестабильность лампочки НСМ, использованной е данном преобразователе. При сравнении кривых видно, что флуктуа-ционные сопротивления лампочки зависят от температуры нити. Вели-
нестад и л й часто лампоики нем
I Сне/*1
Рис. 6.
чина асимметрии преобразователя [3] резко зависит от взаимной ориентации нити накала лампочки и фотодиода. При , перпендикулярности нити фотодиоду асимметрия минимальна и менее 0,005%.
Чувствительность преобразователя может быть легко доведена до 10 те на 0,01%.
Заметим, что нестабильность ТВБ и ТЭМ достигает 0,01% за 5 мин., а чувствительность термопреобразователей находится в пределах 5 \1в на 0,01%.
Таким образом, по своим метрологическим характеристикам (чувствительности, асимметрии, температурной и временной нестабильности), фотоэлектрические преобразователи на базе маломощных лампочек накаливания и кремниевых фотодиодов существенно лучше термоэлектрических преобразователей и могут быть успешно применены для построения прецизионных компараторов переменного тока.
ЛИТЕРАТУРА
1. М. С. Р о й т м а н, Э. И. Цимбалист, Ю. Ф о м и ч е в. Образцовый источник переменного напряжения. Труды VIII Всесоюзной конференции по автоматическому контролю и методам электрических измерений, 1966.
2. Б. А. Перминов, .М. С. Ройтман, Э. И. Цимбалист. Компаратор переменного тока на фотоэлектрических преобразователях, Автометрия, № 5, 1965.
3. Т. Б. Рождественская. Электрические компараторы для точных измерений тока, напряжения и мощности, Издательство Государственного комитета стандартов, мер и измерительных приборов СССР, 1964.
