1.3. Основные характеристики фотоэлементов.

Вольт-амперной характеристикой фотоэлемента называется зависимость фототока I_Ф от величины приложенного к фотоэлементу напряжения U_a при постоянном световом потоке:

I_Ф = (U_a) при Ф = const.

На рис. 1 показана вольт-амперная характеристика вакуумного фотоэлемента. Она отличается двумя особенностями:

а) при увеличении напряжения и между анодом и катодом фототок I_ф достигает насыщения (с увеличением освещённости ток насыщения возрастает);

б) существует такое значение задерживающей разности потенциалов U_з, при которой фототок прекращается.

Электроны перестают достигать анода, когда работа задерживающего электрического поля становится равной их начальной кинетической энергии.

где - это заряд, масса и скорость электрона соответственно.

Вольт-амперные характеристики фотосопротивлений имеют линейный характер. (см. Рис.2)

Световой (люкс-амперной) характеристикой фотоэлемента называется зависимость фототока от величины светового потока, падающего на катод при постоянном спектральном составе света и неизменной величине анодного напряжения:

I_Ф = f(Ф) при U_a = const.

Спектральной характеристикой фотоэлемента называется зависимость чувствительности фотоэлемента к световым потокам разной длины волны.

1.4. Фотоэлементы с внешним фотоэффектом.

Вакуумный фотоэлемент представляет собой стеклянный сосуд, из которого откачан воздух, часть его внутренней поверхности покрыта тонким слоем чувствительного металла, играющего роль фотокатода. Анод (А) находится в центре баллона (рис. 3). При освещении фотоэлемента из фотокатода вылетают электроны и под действием электрического поля попадают на анод. По цепи идёт ток.

Газонаполнительный фотоэлемент содержит какой-либо инертный газ под небольшим давлением. Первичные фотоэлектроны ионизируют атомы газа, что приводит к увеличению тока, проходящего через элемент.

1.5.Фотоэлемент с внутренним фотоэффектом.

Фотосопротивление. Действие его основано на явлении фотопроводимости. На рис. 4 показано включение сопротивления в электрическую цепь. Без освещения фотосопротивления ток в цепи практически отсутствует, при освещении ток возрастает в тысячи раз.

Фотосопротивления обладают чувствительностью в сотни и тысячи раз большей, чем фотоэлементы с внешним фотоэффектом. Кроме того, они имеют широкий диапазон спектральной чувствительности от инфракрасных до рентгеновских лучей.

Недостатками их являются значительная инерционность и зависимость от температуры.

Вентильные фотоэлементы (фотоэлементы с запирающим слоем). В вентильных фотоэлементах используется фотогальванический эффект (разновидность внутреннего фотоэффекта). В отличие от других фотоэлементов, вентильные фотоэлементы не требуют при работе источника тока, так как сами являются такими источниками.

1.6. Применение фотоэлементов.

Фотоэлементы используются в технике и научных исследованиях. Например, они применяются в звуковом кино для воспроизведения звука, для сигнализации, в телевидении, автоматике и телемеханике. Фотоэлементы позволяют управлять на расстоянии процессами производства. При нарушении хода процесса изменяется поток света, попадающего на фотоэлемент, и создаётся ток, выключающий весь процесс. С помощью фотоэлементов измеряются весьма слабые световые потоки (например, в биологии, астрофизике), регистрируются инфракрасные спектры, осуществляется фотографирование темноте и т.д.

Вентильные фотоэлементы используются для изготовления “солнечных” батарей, преобразующих энергию Солнца в электрическую. Кремневые солнечные батареи применяются, например, для питания аппаратуры на искусственных спутниках Земли и автоматических межпланетных станциях.

Фотоэлементы могут быть использованы для измерения освещённости рабочих мест. Приборы, служащие для измерения освещённости, называются люксметрами.