从70年代开始,一门新兴的学科得到了迅速的发展,那就是光学与电子学的结合——光电子学。诞生了各种各具特色的光电器件,光敏晶闸管就是其中的一种,它又称为光可控硅。由于它具有独特的光控性能,所以在工业自动控制,日常生活中都得到了广泛的应用。
光敏晶闸管工作原理
图1所示为带控制极的三端光敏晶闸管的结构、符号及外形识别图。光敏晶闸管(LCR)有三个接触电极,即阳极A、阴极K和控制极G。把它接上正向电压(阳极为正,阴极为负),结J\(_{1}\)、J3正偏,结J\(_{2}\)反偏,整个光敏晶闸管处于阻断状态。也一定照度的光信号通过玻璃窗照射到J2处的光敏区时,在光能激发下,J\(_{2}\)附近产生大量的电子和空穴两种载流子,它们在外电压的作用下可以穿过J2阻挡展,使光敏晶闸管从阻断状态变成导通。

光敏晶闸管的实际应用
目前,国产的光敏晶闸管已摆脱了多年来的徘徊局面,取得了可喜的进展。武汉大学物理系研制的3CTU系列中小功率光敏晶闸管,工作电压高的可直接用于220V市电,通导电流可达数安培。下面介绍几个应用3CTU光敏晶闸管的电路。
图2所示为阅读环境照度检查器,阅读时,照明光线不能太强也不能太弱,该检查器用来判断光强是否在规定范围内。为了解决中小学生视力因受不良照明影响而严重下降的问题,国颁《保护学生视力工作实施办法(试行)》中现定,桌面上的照度不应低于1001ux,而光线大强也会损害学生视力,光照不应超过4001ux。专门测照度的仪器较贵,而这里光强只需限定在一个范围内,用本检测器就可达到要求。电路中,R\(_{3}\)、R4、R\(_{5}\)为发光二极管的限流电阻。R1,R\(_{2}\)为光敏晶闸管的灵敏度调节电阻,它们分别接于两个光敏晶闸管的控制极G与阴极K之间,调节它们,可使晶闸管在一定的照度下导通。调整时,最好有一支照度计,一般用调节灯具的电源电压或移动光源的距离获得一定的照度。没有照度计时,可以用1个15W的白炽灯泡,离灯泡30厘米处的照度大约为1001ux,15厘米处的照度大约为4001ux。(应避免周围有其它光源,此方法为估测)。光敏晶闸管(LCR1)在1001ux照明下,调R\(_{1}\)使其刚能导通,绿色发光二极管亮。调R2,使光敏晶闸管(LCR\(_{2}\))在4001ux照明下,刚能导通,红色发光二极管亮。调整完后便可使用了。黄、黄绿、黄绿红3种不同的发光情况,分别表示光线太弱、适中、太强。

图3所示为精密2段式温度光控制装置,它控制电热丝工作于两个温度T\(_{1}\)、T2之间,其温差的大小由双金属片的规格特性决定。工作原理是这样的:调节灵敏度电阻,使光敏晶闸管在有灯光照到时导通,遮光时截止,以防止杂散光误触发。加热时,双金属片的温度和电热丝一样,利用金属片热膨胀性质,达到温度T\(_{1}\)时,双金属片下移刚好遮住光敏晶闸管(LCR1)的光路,使其截止,这样仅有半周交流电加热电热丝。温升到T\(_{2}\)时,双金属片下移遮住LCR2 光路,两个光敏晶闸管都截止,无电流流过电热丝,造成电热丝温度下降,双金属片上移,光又照到LCR\(_{2}\) 使其导通,又有电流流过电热丝,从而保证电热丝温度在T1~T\(_{2}\)之间变化。

下面再简略介绍几种开关电路。图4(a)为自保持直流继电器。它受光照后,将一直保持导通。若要关断,则需将电源开关断开。
图4(b)为光控交流继电器,有光照时导通,无光时因电压过零而关断。负载上通过的是半波交流电。图4(c)为交直流两用光控继电器,可以接直流负载,也可以接交流负载。图4(d)为全波交流光控继电器。图4(e)、4(f)分别为逻辑“与”门和逻辑“或”门电路。图4(g)为双稳态电路,光照LCR\(_{1}\),负载1工作。光照LCR2,负载2工作,LCR\(_{1}\)复位。

上面几例都是光照时负载工作,图4(h)则是光照LCR时,普通晶闸管Th门极被断路,负载只流过很小电流不工作。(辜智勇)