7 . Фоторезисторы. Назначение, устройство, принцип действия, основные параметры и характеристики.
Назначение: фоторезисторы предназначены для преобразования световых сигналов в электрические в цепях постоянного и переменного токов. Фоторезистор - полупроводниковый элемент, изменяющий свое электрическое сопротивление под действием внешнего излучения.
Принцип действия: Его принцип действия основан на внутреннем фотоэффекте в полупроводниках. Фоторезистор представляет собой слой (или пленку) полупроводникового материала на подложке (или без нее) с нанесенными на него электродами, посредством которых прибор подключается к электрической цепи. Под действием потока излучения, падающего на рабочую поверхность фоторезистора, его внутреннее сопротивление уменьшается вследствие генерации пар свободных носителей заряда (электронов и дырок), за счет чего увеличивается электропроводность полупроводника.
В качестве фоточувствительного материала используются сульфиды и селениды кадмия и. Материалы на основе кадмия чувствительны к излучениям в видимой и ближней инфракрасной областях, а на основе свинца - на длинах волн 1-5 мкм
Фоторезистор ведет себя как омическое сопротивление, т.е. его сопротивление не зависит ни от приложенного напряжения, ни от его знака.
При малых значениях освещенности сопротивление фоторезистора существенно зависит от температуры. Столь же заметным недостатком фоторезисторов при малых освещенностях является инерционность - при освещенности менее 1 лк время установления нового значения может составлять несколько секунд.
Характеристики: Основные характеристики фоторезисторов — спектральная, люкс-амперная, вольт-амперная.
Спектральная характеристика отображает чувствительность фоторезистора при действии на него излучения определенной длины волны. Чувствительность зависит от свойств материала светочувствительного элемента. Сернисто-кадмиевые фоторезисторы имеют высокую чувствительность в видимой области спектра, селенисто-кад-миевые — в красной и ближней инфракрасной областях, сернисто-свинцовые — в инфракрасной области спектра.
Люкс-амперная характеристика фоторезисторов показывает зависимость светового тока, протекающего через фоторезистор, от освещенности.
Вольт-амперная характеристика фоторезисторов линейна в широком интервале напряжения. Линейность нарушается только при малых значениях напряжения.
Частотная, характеризующая чувствительность фоторезистора при действии на него светового потока, изменяющегося с определенной частотой. Наличие инерционности у фоторезисторов приводит к тому, что величина их фототока зависит от частоты модуляции падающего на них светового потока – с увеличением частоты светового потока фототок уменьшается. Инерционность ограничивает возможности применения фоторезисторов при работе с переменными световыми потоками высокой частоты.
8. Фотодиоды. Назначение, устройство, принцип действия, основные параметры и характеристики.
Н
азначение:
фотодио́д —
приёмник оптического
излучения,
который преобразует попавший на его
фоточувствительную область свет в
электрический
заряд.
Принцип действия: Простейший фотодиод представляет собой обычный полупроводниковый диод, в котором обеспечивается возможность воздействия оптического излучения на р–n-переход. При воздействии излучения в направлении, перпендикулярном плоскости p-n-перехода, в результате поглощения фотонов с энергией, большей, чем ширина запрещенной зоны, в n-области возникают электронно-дырочные пары. Эти электроны и дырки называют фотоносителями. При диффузии фотоносителей в глубь n-области основная доля электронов и дырок не успевает рекомбинировать и доходит до границы p–n-перехода. Здесь фотоносители разделяются электрическим полем p–n-перехода, причем дырки переходят в p-область, а электроны не могут преодолеть поле перехода и скапливаются у границы p–n-перехода и n-области. Таким образом, ток через p–n-переход обусловлен дрейфом неосновных носителей – дырок. Дрейфовый ток фотоносителей называется фототоком.
Фотодиоды могут работать в одном из двух режимов – без внешнего источника электрической энергии (режим фотогенератора) либо с внешним источником электрической энергии (режим фотопреобразователя).
У
стройство:
cтруктурная
схема фотодиода. 1 — кристалл полупроводника;
2 — контакты; 3 — выводы; Ф — поток
электромагнитного излучения;
Е — источник
постоянного тока; Rн — нагрузка.
Параметры: чувствительность (отражает изменение электрического состояния на выходе фотодиода при подаче на вход единичного оптического сигнала.); шумы (помимо полезного сигнала на выходе фотодиода появляется хаотический сигнал со случайной амплитудой и спектром - шум фотодиода)
Характеристики:а) вольт-амперная характеристика фотодиода представляет собой зависимость выходного напряжения от входного тока. б) световая характеристика зависимость фототока от освещенности, соответствует прямой пропорциональности фототока от освещенности. в) спектральная характеристика фотодиода – это зависимость фототока от длины волны падающего света на фотодиод.
Применение: а) оптоэлектронные интегральные микросхемы.
б) многоэлементные фотоприемники.в) оптроны.