Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
n2.doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.05.2025
Размер:
708.61 Кб
Скачать

Полупроводниковые приёмники излучения

Приёмниками излучения или фотоприёмниками называются приборы, предназначенные для преобразования светового излучения в электрические сигналы.

В качестве фотоприёмников могут быть использованы фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры и т.д.

Фоторезисторы

В основе фоторезисторов, как и большинства фотоприёмников, лежит явление внутреннего фотоэффекта, который заключается в том, что при поглощении полупроводником квантов света – фотонов их энергия идёт на ионизацию атомов полупроводника. При этом в валентной зоне появляется дырка, в зоне проводимости – электрон, то есть происходит генерация пар носителей заряда – электронов и дырок. Добавочная проводимость, обусловленная действием фотонов, получила название фотопроводимости.

Фоторезистор представляет собой полупроводниковый резистор, сопротивление которого изменяется под действием внешнего излучения. Принцип устройства простейшего фоторезистора показан на рис. 7.10,а. На диэлектрическую пластину 1 нанесён тонкий слой фоточувствительного полупроводника 2 с контактами 3 на концах. Поверхность фоточувствительного слоя между контактами называют рабочей площадкой. Фоторезисторы делают с площадками не только прямоугольной формы, но и в виде меандра или кольца. Площадь рабочих поверхностей различных фоторезисторов составляет от десятых долей до десятков квадратных миллиметров. При эксплуатации рабочую площадку рекомендуется засвечивать полностью, так как при этом эффект изменения сопротивления будет максимальным.

а)

б)

Рис. 7.9. Устройство (а) и схема включения фоторезистора (б).

Для защиты от воздействия влаги фотоэлемент покрывают слоем лака и помещают в пластмассовый или металлический корпус, который оборудован окном для проникновения света.

В качестве исходного материала для изготовления фоторезистора чаще всего используется сернистый кадмий, сернистый висмут, сернистый свинец, сернистый таллий и другие соединения, чувствительные к излучению различных участков спектра. Например, сернистый свинец чувствителен к инфракрасным лучам, а сернистый кадмий – к видимым лучам.

При подключении к фоторезистору напряжения (рис. 7.10,б) электрический ток, протекающий в цепи будет являться функцией напряжения и светового потока.

Основные характеристики и параметры фоторезистора

Вольт-амперная характеристика – это зависимость тока через фоторезистор от напряжения, приложенного к его выводам, при постоянном значении светового потока. В рабочем диапазоне напряжений вольт-амперные характеристики при различных значениях светового потока практически линейны (рис. 7.11).

Ф3 > Ф2 > Ф1

Рис. 7.11. Вольт-амперная характеристика фоторезистора.

Рис. 7.12. Световая характеристика фоторезистора.

Ток при Ф = 0 называется темновым током Iт, а значение сопротивления фоторезистора при отсутствии освещённости и нормальной температуре называют темновым сопротивлением Rт. Его значение очень велико (Rт=104-107Ом).

При воздействии на фоторезистор светового потока его сопротивление Rф уменьшается, а общий ток Iобщ возрастает. Разность общего тока и тока темнового равна фототоку

При большой освещённости величина сопротивления фоторезистора может уменьшаться в сотни раз, что характеризуется параметром кратность изменения сопротивления Rт / Rф , который может достигать тысячи раз.

Энергетическая (световая) характеристика – это зависимость фототока от светового потока при U = const (рис. 7.12). В области малых значений светового потока Ф она линейна (растёт генерация электронно-дырочных пар), а при дальнейшем увеличении Ф рост фототока уменьшается из-за возрастания рекомбинационных процессов в объёме полупроводника. Энергетическая характеристика иногда называется люкс-амперной. Тогда по оси абсцисс откладывается не световой поток, а освещённость в люксах.

Интегральная чувствительность – это отношение фототока к световому потоку.

Чувствительность называют интегральной потому, что измеряют её при освещении фоторезистора светом сложного спектрального состава: от источника света с цветовой температурой 2840К при освещённости 240 лк.

Часто фоторезисторы характеризуются удельной интегральной чувствительностью, когда к резистору приложено напряжение 1В:

У промышленных фоторезисторов удельная интегральная чувствительность имеет пределы десятые доли – сотни при освещённости Е=200лк.

Хотя фоторезисторы обладают чувствительностью, инерционность их очень велика. На рис. 7.13 показано воздействие на резистор вспышки (импульса) света. При воздействии светового потока фототок достигает своего конечного значения через некоторое время .

Рис. 7.13. Воздействие на фоторезистор импульса света.

Постоянная времени  – это время, в течение которого фототок фоторезистора изменится после освещения или затемнения в е раз по отношению к установившемуся значению, то есть характеризует скорость реакции фоторезистора на изменение светового потока.

Скорость нарастания фототока при освещении несколько отличается от скорости спада после затемнения фоторезистора, поэтому различают постоянные времени нарастания н и спада сп . Численные значения постоянных времени от десятков микросекунд до десятков миллисекунд.

Наличие у фоторезистора существенной инерционности приводит к тому, что частоты модуляции светового потока для фоторезистора не превышают десятков килогерц.

Среди параметров фоторезистора следует отметить ещё и максимальное рабочее напряжение Uр, которое может достигать 600В, причём оно может быть как постоянным, так и переменным.

Спектральная характеристика фоторезистора – это зависимость фототока от длины волны падающего на фоторезистор света. Различные полупроводники имеют различную ширину запрещённой зоны – от десятых долей до трёх электронвольт. Потому максимум спектральной характеристики различных фоторезисторов может находиться в инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой части спектра (рис. 7.14).

Рис. 7.7. Усреднённые спектральные характеристики различных фоторезисторов: 1–ФСК; 2-ФСД; 3–ФСА; 4–ФС4.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]