840

- 12-

включается в сеть - 220 В. Необходимое напряжение, которое

нужно подать от него на лампу накаливания, устанавливается

вращением ручки на верхней панели и контролируется по

вольтметру, расположенному на передней панели (не более

200В).

Для измерения фототока в вакуумном фотоэлементе

используется универсальный вольтметр В7 - 27А(4),

позволяющий контролировать и напряжение, и силу тока на

исследуемом участке цепи в зависимости от его подключения и

положения переключателя. В данной работе он используется в

качестве микроамперметра постоянного тока, дающего

возможность измерять сильные и слабые фототоки. Переход с

одного предела измерения на другой осуществляется переводом

переключателя в указанное на панели прибора положение.

Источник питания 5 предназначен для измерения величины

напряжения между анодом и катодом фотоэлемента. Он

включается в сеть - 220 В, а изменение величины постоянного

напряжения осуществляется правой ручкой на передней панели

прибора в пределах от 1О до 120В. Величина поданного на

фотоэлемент анодного напряжения контролируется по

показаниям вольтметра ИП.

http://www.mitht.ru/e-library

·14·

соответствующего фототока контролируйте по показаниям на

цифровом табло микроамперметра 4. {При необходимости можно

изменить предел измерения микроамперметра}. Данные

измерений запишите в табл. 2. 1.

2.5.1.6. Установите фотоэлемент на другом расстоянии Г2 (по

указанию преподавателя) от лампы накаливания. При этом

энергетическая освещённость катода фотоэлемента изменится и

будет Е2. Напряжение на лампе накаливания (контролируйте по

"оказаниям ЛАТРа) должно оставаться прежним.

2.5.1.7. Снимите другую вольт - амперную характеристику

методом пункта 2.5.1.5 и запишите данные в табл. 2.1.

2.5.1.8. По полученным результатам постройте на одном

графике две вольт - амперные характеристики, откладывая по оси

а6цисс aHoднqe напряжение в вольтах, а по оси ординат - силу

фототока в микроамперах.

Таблица 2.1.

rl= Uo(B)

~

i (f.1kA)

rz= ио(в)

Е2

i (f.1kA)

http://www.mitht.ru/e-library

-15-

2.5.2.Задание 2. Изучение зависимости силы фототока

от энергетической освещённосmu катода Фотоэлемента.

2.5.2.1< Отодвиньте фотоэлеменr 07 пампы накаливания на

самое большое расстояние, допускаемое для измерения по

отСЧётной линейке. Установите (по указанию преподавателя)

определённую величину анодного напряжения на источнике 5 и

величину переменного напряжения на ЛАТРе 2 для питания

лампы накаливания.

3.5.2.2. Приступайте к снятию данных зависимости силы

фототока от энергетической освещ~ннocrи катода фотоэлемента.

Для этого приближайте фотоэлемент, оставляя неизменными

величины анодного напряжения и напряжения на лампе

накаливания, записывая в табл. 2.2 расстояния го и

соответствующие им сипы фототоков in. Сначала приближайте

через каждые 1О см, а затем, когда расстояние между

фотоэлементом и лампой накаливания составит 40 СМ, через

каждые 5см. Поскольку по мере приближения сипа i фототока

будет увеличиваться, возможно, потребуется перейти на другой

предел микроамперметра 4.

2.5.2.3. Для получения исспедуемой зависимости

обработайте экспериментальные данные, руководствуясь

следующими предпоnожениями. Если приближённо считать лампу

накаливания точечным источником света, то энергетическая

освещённость Е фотокатода изменяется обратно

http://www.mitht.ru/e-library

- 16-

пропорционально квадрату расстояния r от лампы до

фотоэлемента, т. е.

ф

Е=- ,

4m2

где Ф - поток излучения от лампы, который поддерживается

постоянным по показаниям ЛАТРа. Напомним, что потоком

излучения называется сРедняя мощность оптического излучения

за время, значительно большее периода световых колебаний.

Если принять за единицу энергетическую освещ~нноС1Ъ

фотокатода при его максимальном удалении от лампы накаливания (например, в начальном положении) на расстояние

(тах ' то легко получить, что энергетическая освещ~нность

фотокатода при любом промежуточном п-ом положении будет

пропорциональна величине отношения

2.5.2.4. По данным табл. 2.2 постройте график зависимости

а по оси ординат соответствующие им величины фототоков in в

микроамперметрах.

http://www.mitht.ru/e-library

- п-

Таблица 2.2

2.6. Контрольные вопросы

2.6.1. Какое явление называется внешним фотоэффекrом?

2.6.2. Каким законам подчиняется явление внешнего

фотоэффекта?

2.6.3. как объясняются законы внешнего фотоэффекrа

уравнением Эйнштейна?

2.6.4. Объясните устройство вакуумного фотоэлемента.

2.6.5. Как можно объяснить полученный вид вольт - амперных

характеристик?

2.6.6. Объясните полученный график зависимости силы

фототока от энергетической освещённости катода фотоэлемента.

Как изменился бы график, если бы изменилось напряжение на

http://www.mitht.ru/e-library

- 18 -

лампе накаливания. изменилась бы величина анодного

напряжения?

Библиографический список

1. Савельев И. В. Курс общей физики. - М.: Наука, 1987. т. 3, -

320 с. ( §§ 9, 60).

2. Ландсберг Г. С. Оптика. - М.: Гостехиздат, 1957. - с. (§§ 167,

173).

http://www.mitht.ru/e-library

- 19-

Лабораторная работа фэ-з.

Изучение свойств фоторезистора.

3.1. Цель работы

Изучение основных физических закономерностей.

определяющих свойства фоторезисторов. Исследование вольт­

амперной и световой характеристик фоторезистора.

3.2. Теоретические основы работы

Изменение проводимости полупроводников может бь~ь

обусловлено различными причинами. Концентрация свободных

носителей электрического заряда изменяется в полупроводниках

при изменении температуры, под воздействием частиц больших

энергий, сильных полей различных излучений (рентгеновское

излучение, гамма лучи и т. д.). Свободные носители

электрического заряда возникают за счет непосредственного

поглощения энергии.

Изменение проводимости полупроводников под действием

электромагнитного излучения называется фоторезистивным

эффектом, или внутренним фотоэлектрическим эффектом.

При внутреннем фотоэффекте под действием света происходит

перераcnределение электронов по энергетическим уровням.

http://www.mitht.ru/e-library

- 20-

Схема образования свободных носителей электрического

заряда у различных типов полупроводников: собственных и

примесных (донорных и акцепторных) приведена на рuс.З.1.

Рис. З.1. Схема образования свободных носителей

электрического заряда в полуnроводниках: а - собственном, б­

донорном,

в - акцепторном, ( • - электроны, о - дырки), J- валентная

зона, 11- зона nроводимости, АЕО - ширина запрещенной зоны,

АЕа и AEd - энергия активизации nримесных атомов.

Если энергия фотона hv равна ширине запрещенной зона в

собственных чистых полупроводниках АЕо или несколько больше

ее, то электрон переводится из валентной зоны в зону проводимости. При этом образуется пара электрон-дырка,

участвующая в создании добавочной проводимости

полупроводника.

Для возбуждения примесных атомов фотон должен обладать

энергией hv - не меньшей, чем энергия активизации этих атомов

1Еп. 8 донорных полупроводниках фотоны переводят элеКТРОНЬi с

донорных уровней в зону проводимости, вследствие чего концен-

http://www.mitht.ru/e-library

- 21-

трация свободных электронов в полупроводнике повышается, а

вакцепторных полупроводниках фотоны вызывают переход

электронов из валентной зоны на примесные уровни, что приводит

К повышению концентрации дырок. Таким образом, если hv ~ ~Eo

для собственных полупроводников и hv ~ ~Еп для примесных

полупроводников, то в полупроводнике появляются добавочные

носители электрического заряда и его проводимость

увеличивается. Добавочная проводимость, приобретенная

проводником при облучении светом, называется

фотопроводимостью. Основная же проводимость,

обусловленная тепловым возбуждением носителей заряда,

называется темновой проводимостью. так как она соответствует

проводимости затемненного полупроводника.

После прекращения воздействия света свободные электроны и

дырки, обраэовавшиеся при облучении, рекомбинируют и в

полупроводнике остаются только свободные носители заряда,

возбужденные тепловыми колебаниями (эти носители и

обуславливают темновую проводимость гюлупроводника).

На фотопроводимость полупроводников влияние оказывает

изменение температуры. С понижением температуры уменьшается

число темновых носителей заряда. Это приводит, во-первых, к

увеличению относительной величины фотопроводимости в общей

проводимости, во-вторых, к увеличению абсолютной величины

фотопроводимости, так как с уменьшением концентрации

тепловых носителей заряда уменьшается рекомбинация

фотоносителей заряда.

http://www.mitht.ru/e-library