загрузка...
загрузка...
Характеристика роботи

Реферат

Кількість сторінок: 10

Безкоштовна робота

План

1. Фотоелементи із зовнішнім фотоефектом.

2. Фотоопори.

3. Фотоелементи із внутрішнім фотоефектом.

4. Використання фотоелементів у науці та техніці.

1. Фотоелементи із зовнішнім фотоефектом

Фотоелементом називається електровакуумний, напівпровідниковий чи іншій електроприлад, електричні властивості якого (сила струму, внутрішній опір) змінюються під дією падаючого на нього світлового випромінювання.

Залежно від середовища, в якій відбувається рух електронів, фотоелементи діляться на три класи:

вакуумні, або електронні фотоелементи, у яких рух електронів відбувається у вакуумі

газонаповнені або іонні фото – елементи, в яких при русі електронів в розрідженому газі відбувається іонізація атомів газу

напівпровідникові, ті – в яких звільнені електрони збільшують провідність елементів.

В електронних та іонних фотоелементах використовується зовнішній фотоефект.

Зовнішній фотоефект, званий інакше фотоелектронній емісією, як вказувалося, полягає в тому, що джерело випромінювання повідомляє частини електронів речовини додаткову енергію, достатню для виходу їх з даної речовини в навколишнє середовище (вакуум або розріджений газ).

Найбільш поширеними електронними фотоелементами є киснево-цезієві і сурм'яно-цезієві.

Електронний киснево-цезієвий фотоелемент складається зі скляної колби, в якій створений вакуум. Внутрішня поверхня колби, за винятком невеликого «вікна» для проходження світла в колбу, покривається шаром срібла (підкладка), на який наноситься напівпровідниковий шар окису цезію – катод фотоелемента. У сурм'яно-цезієвих вакуумних фотоелементів підкладка виконується з сурми, на яку наноситься напівпровідниковий шар.

Анод в фотоелементах виготовляється у вигляді кільця, так як він не повинен перегороджувати шлях світловому потоку до катода.

Іонні фотоелементи виготовляються тільки киснево-цезієвими. Вони відрізняються від електронних тільки тим, що колба після відкачування повітря заповнюється аргоном при низькому тиску.

Поєднавши фотоелемент з опором навантаження і джерелом живлення, отримаємо на фотоелементі напругу, а між анодом і катодом електричне поле. Якщо через вікно фотоелемента на його катод буде падати світловий потік, то емітовані електрони під дією сил поля будуть переміщатися від катода до анода. Таким чином, в ланцюзі встановиться фотострум, який буде проходити протягом усього часу освітлення катода.

У іонному фотоелементі іонізація електронами атомів газу збільшує потік електронів, тобто збільшує струм фотоелемента. Ставлення струму, посиленого за рахунок іонізації газу до первинного електронного фотоструму, називається коефіцієнтом газового посилення.

Чим більше газу введено в фотоелемент, тим більше коефіцієнт посилення. Зазвичай він дорівнює 4-6.

Одним з важливих параметрів фотоелемента є його інтегральна чутливість, що представляє собою відношення фотоструму, вираженого в мікроамперах до світлового потоку білого світу, висловленим у люменах (лм), одержуваному від стандартного джерела світла.

Для електронних фотоелементів вона становить 20 – 120 мкА / лм, а для іонних 150-250 мкА / лм.

Фотоелектронна емісія, а отже, і фотострум фотоелемента залежить від довжини хвилі до світлового випромінювання, тому, крім інтегральної чутливості, користуються поняттям спектральної чутливості. Спектральної чутливістю називають відношення фотоструму до світлового потоку заданої довжини хвилі.

Залежність чутливості фотоелемента від довжини хвилі падаючого на фотоелемент світлового потоку постійної величини називається спектральної характеристикою елемента.

При збільшенні напруги фотострум спочатку росте швидко, а потім зростання його уповільнюється і, нарешті, майже зовсім припиняється (режим насичення).

Однією з властивостей фотоелементів є їх стомлюваність, тобто зміна параметрів залежно від часу експлуатації.

Внаслідок малої величини фотоструму, який можна отримати від, фотоелемента (порядку декількох мікроампер), вони зазвичай застосовуються спільно з ламповими або напівпровідниковими підсилювачами.

2. Основним елементом фоторезистора являється напівпровідниковий світлочутливий шар напівпровідника, який може бути виконаний у вигляді монокристалічної або полікристалічної пластини напівпровідника або у вигляді полікристалічної плівки, яка нанесена на діелектричну підложку. В якості напівпровідникового матеріалу для фоторезисторів найчастіше використовують сульфід кадмію, селенід кадмію або сульфід свинцю. На поверхню світлочутливого шару наносять металічні електроди. Іноді електроди наносять безпосередньо на діелектричну підложку перед осадженням напівпровідникового шару.

Поверхню напівпровідникового світлочутливого шару, який розташований між електродами називають, називають робочою площадкою. Фоторезистори виготовляють з робочими площадками у вигляді прямокутників, міандра та кільця. Площа робочих площадок різних фото резисторів найчастіше складає від десятих частин до десятків квадратних міліметрів.

Пластину з нанесеною на неї напівпровідниковим світлочутливим шаром або пластину напівпровідника розміщують в пластмасовий або металічний корпус. Навпроти робочої площадки роблять вікно з прозорого матеріалу.

Основні характеристики і параметри.

Вольт-амперні характеристики фоторезистора представляють собою залежність струму через фоторезистор (фотострум) від прикладеної напруги, при постійній освітленості. Розрізняють два струми: світловий (при освітленні фоторезистора) і темновий (в темряві). В робочому діапазоні напруг вольт-амперні характеристики фоторезисторів при різних значеннях світлового потоку практично лінійні. Але у більшості плівкових фоторезисторів лінійність вольт-амперної характеристики порушується при малих напругах. Ця не лінійність зв’язана з явищем на контактах між окремими зернами або кристалами напівпровідника.

Світлова або люкс-амперна характеристика фоторезистора представляє собою залежність фотоструму Iф=Iсв-Iтем від освітленості. Фоторезистори звичайно мають сублінійну світлову характеристику.

Спектральна характеристика фоторезистора – це залежність фотоструму від довжини хвилі падаючого світла на робочу площадку фоторезистора. Тому при виготовленні фоторезисторів враховується довжина хвилі, при якій буде працювати фоторезистор. Наприклад інфрачервоні фоторезистори мають найбільшу чутливість при інфрачервоному освітленні, ніж при звичайному.

Постійна часу – це швидкість зміні опору фоторезистора, при зміні освітленості – інерція.

Для визначення швидкості спочатку фоторезистор на деякий час розміщують під джерелом світла (200лк), потім повністю затемнюють фоторезистор і вимірюють час за який фоторезистор відновить свій опір на 63%.

Звичайні фоторезистори звичайно мають порівняно велику інерцію, і тому фоторезистори можуть сприймати світлові імпульси з частотою декілька кілогерц.

Темновий опір – це опір фоторезистора при відсутності світла. Темновий опір прийнято вимірювати через 30 секунд після затемнення фоторезистора, який перед цим знаходився під освітленістю 200лк.

Питома чутливість – це відношення фотоструму до світлового потоку і прикладеної напруги:

Чутливість називають інтегральною, тому, що її вимірюють при освітленні фоторезистора світлом складного спектрального складу: від джерела світла з кольором температури 2840К при освітленості 200лк. Питомі інтегральні чутливості різних фоторезисторів від 1 до 600 мА/(В×лм).

У фоторезисторах (фотоопір) використовується внутрішній фотоефект.

Внутрішній фотоеффект полягає в тому, що джерело випромінювання викликає збільшення енергії у частини електронів речовини іонізацію частини атомів і утворення нових носіїв зарядів – вільних електронів і дірок, внаслідок чого електричний опір речовини зменшується.