840

- 22-

Для полупроводников можно определить красную границу

фотопроводимости. а именно минимальную частоту УО или

максимальную длину волны !<Q:

сЬ л.о = -- -для примесных полупроводников

tiEo

При ширине запрещенной зоны у чистых проводников &~3 эВ.

Красная граница фотопроводимости приходится на видимую часть

спектра.

у многих примесных полупроводников энергия активизации &Е"

составляет десятые доли электрон-вольта и красная граница

фотопроводимости для них лежит в инфракрасной части спектра.

Фотопроводимость полупроводников обычно проявляется в

некотором спектральном интервале определенной ширины.

Максимум проводимости у различных полупроводников

соответствует различным длинам волн. Зависимость

фотопроводимости ряда полупроводников от освещенности

используется в фоторезисторах (фотосопротивлениях),

получивших широкое практическое применение. На рис. 3 2

~хематически изобоажено устройство Фоторезистора.

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

- 23-

Рис. 3.2. Схема устройства фоторезистора и включение его

в электрическую цепь

Фоторезистор состоит из тонкого полупроводникового слоя 1,

нанесенного на изолирующую подложку 2, металлических электродов 3, посредством которых фоторезистор включается в цепь, защитного лакового покрытия 4, прозрачного для света, и

мастмассового корпуса 5.

Фоторезисторы характеризуются темновым током, световым

током и фОТОТОком.

Темновой ток 10 - сила тока в электрической цепи при

затемненном фоторезисторе.

Световой ток i - сила тока в цепи при освещенном

фоторезисторе.

Фототок 1. - разность между световым током и темновым током

а. =i -10-

Область применения каждого типа фоторезистора

определяется его свойствами и параметрами: вольт-амперной

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

- 24-

характеристикой. световой характеристикой, чувствительностью,

рабочим напряжением, темновым сопротивлением и др.

Вольт-амперной характеристикой фоторезистора называется

зависимость тока от приложенного к фоторезистору напряжения

при постоянной величине светового потока, падающего на

фоторезистор. Для большинства фоторезисторов вольт-амперная

характеристика имеет линейный характер, Т.е. в широкой области

измерения напряжения выполняется закон Ома.

Люкс-амперная характеристика дает зависимость светового

тока от освещенности фоторезистора при постоянном напряжении.

Световая характеристика определяет зависимость фототока от

величины светового потока, падающего на фоторезистор, при

постоянном напряжении. Люкс-амneрная и световая

характеристики при малом темновом токе практически совпадают.

Вбольшинстве случаев между фототоком и световым потоком

Фсуществует зависимость вида iф = DФG, где постоянные

величины D и а определяются физическими свойствами

полупроводников.

чувствительностью и определяется при рабочем напряжении для

данного резистора.

Для изготовления фоторезисторов используются полупроводни-

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

-25 -

ки С заметной проводимостью: Зе, РЬЗ, CdS, Те2З др. Наиболее

чувствительные фоторезисторы изготавливаются из сернистого

кадмия (CdS), у которого фотопроводивость В 105 - 106 раз

превышает темновую проводимость. Широкое распространение

получили фоторезисторы из сернистого свинца (РЬЗ),

чувствительного к далекой инфракрасной области спектра.

Используются и многие другие полупроводниковые материалы.

Основным преимуществом фоторезисторов перед вакуумными

фотоэлементами является высокая световая чувствительность.

Недостатком фоторезисторов является инерционность

фотоэлектрических процессов, Т.е. некоторое отставание во

времени изменения фототока от изменения светового потока. Это

ограничивает применение фоторезисторов в электрических цепях

сбыстропротекающими процессами. Фоторезисторы нашли

широкое применение в различных устройствах автоматики,

контроля и измерений. Основные достоинства фоторезисторов -

высокая чувствительность, малые габариты и практически

неограниченный срок служ6ы . Наша промыwленность выпускает

разнообразные типы фоторезисторов: ФСА - фоторезисторы из

PbS, ФСД - фоторезисторы из CdSe, ФСК - фоторезисторы из CdS

и др.

3.З.Оnисание установки

Экспериментальная установка состоит из оптической скамьи с

двумя рейтерами, на которых установлены фоторезистор и

источник света (лампа с точечной нитью накала), и электрической

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

- 26-

цепи с источниками питания и электроизмерительными

приборами. Фоторезистор установлен на неподвижном рейтере и

имеет защитную бленду. предохраняющую фоторезистор от

попадания бокового света. Источник света может перемещаться

вдоль скамьи и имеет на рейтере указатель измерения расстояний

от точечного источника света до поверхности qpoторезистора по

шкале оптической скамьи. Электрическая схема установки (рис.

3.3) состоит из двух электрических цепей: цепи qpoторезистора,

питаемой от источника постоянного тока с регулируемым выходом

постоянного тока по напряжению и силе, и цепи электрической

лампы питаемой от настенного щитка.

Рис. 3.3. Электрическая схема установки

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

- 27-

З.4. Приборы и принадлежности

Фоторезистор типа ФСК-1, источник света, микроамперметр,

источник питания постоянного тока, оптическая скамья с двумя

рейтерами, соединительные провода.

3.5. Порядок выnлненuRR работы

3.5.1. Задание 1. Снятие вольт-амперной. характеристики

фоторезистора при постоянной освещенности фоторезистора.

3.5.1.1. Установите на оптической скамье источник света на

расстоянии 20 - 40 см от фоторезистора. Это расстояние во время

измерений остается неизменным, чем и обеспечивается

постоянная освещенность фоторезистора (сила света лампы

предполагается постоянной).

3.5.1.2. Запишите в mабл.З.1 указанное расстояние и

вычислите освещенность поверхности Е фоторезистора по

формуле

1

Е =""""2'где I . сила излучения лампы (указана на рабочем

r

месте), r - расстояние от источника света до поверхности

фоторезистора.

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

- 28·

Таблица 3.1

3.5.1.3. Проверьте наличие заземляющего провода на

источнике питания! Соберите электрическую цепь по схеме,

изображенной на рис.З.З.

3.5.1.4. Включите источник питания в сеть 220 В на настенном

щитке и тумблером на передней панели прибора.

3.5.1.5. Включите вилку цепи источника света в розетку

настенного щитка.

3.5.1.6. Увеличивайте напряжение на выходе источника

питания на 5 В (это постоянный интервал изменений напряжения

при измерениях).

3.5.1.1. Проведите измерения силы светового тока от нуля и

далее по микроамперметру, выполнив 10-15 измерений. При

измерениях следите за величиной светового тока, не допуская

заброса стрелки микроамперметра за пределы шкалы.

Микроамперметр является весьма чувствительным прибором и

перегрузки его большим током могут привести к повреждению

прибора.

3.5.1.8. Запишите в mаблЗ.2. данные измерений напряжения j;I

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

- 29-

силы светового тока.

Таблица 3.2

о

3.5.1.9. Постройте график зависимости I =f(U) при Е =const

(вольт-амперная характеристика).

Примечание: при выполнении этого и последующих заданий не

допускайте попадания на фоторезистор света от посторонних

источников.

3.5.2. Задание 2. Снятие люкс-амперной характеристики

фото-резистора.

Люкс-амперная характеристика снимается при постоянном

напряжении на фоторезисторе.

3.5.2.1. Установите на источнике питания величину

постоянного напряжения (40 - 60 В).

3.5.2.2. Измерьте темновой ток i , предварительно закрыв

доступ света через бленду к поверхности фоторезистора, при

малом напряжении темновой ток может практически равняться

нулю, так как сопротивление фоторезистора ФСК при затемнении

составляет величину 3,6 МОм (не менее).

3.5.2.3. 3апишите в табл.З.З постоянные величины:

напряженае на фоторезисторе, силу света лампы, площадь

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

- 30-

поверхности фоторезистора и темновой ток.

Таблица 3.3

3.5.2.4. Сдвиньте источник света на максимальное расстояние

от фоторезистора, не отt<pЫВ8я фоторезистор.

3.5.2.5. Проведите измерение светового тока по

микроамперметру и измерения расстояния от источника света до

фоторезистора. Для этого перемещайте источник света к

фоторезистору, увеличивая освещенность фоторезистора, при

этом возрастает световой ток. Проведите 8-1 О измерений

светового тока при разных положениях источника света

относительно фоторезистора.

3.5.2.6. Запишите в mаБЛ.Э.4. результаты измерений

расстояний r (начиная с максимального) и cвeTOвoro тока i.

3.5.2.7. Вычислите для каждого значения расстояния r

освещенность поверхности фоторезистора по формуле

Е =12 r

3.5.2.8. Постройте график зависимости i =f(E) при U = Const

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

- 31 -

(люкс-амперная характеристика).

Примечание. При всех перемещениях лампы необходимо

следить за покаЗдниями миКРОдмперметра, не допуская

превыwения максимального тока прибора.

Таблица 3.4

3.5.3. Задание 3. Построение световой характеристики и

вычисление интегральной чувствительности фоторезистора.

3.5.3.1. Вычислите по результатам задания 3.5.2 для каждого

значения освещенности Е величину светового потока Ф по

формуле

Ф=ЕS

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