7.2. Фотоприёмники.

Фотоприёмники предназначены для преобразования светового излучения в электрические сигналы. Так как функциональные возможности электролюминисцентных источников света ограничены, то многообразие возможных характеристик оптронов реализуется за счёт фотоприёмников.

Фотоэлектрические явления, на основе которых строятся фотоприёмники, можно разделить на три основных вида:

1. изменение электропроводности вещества при его освещении – внутренний фотоэффект;

2. возникновение ЭДС на границе двух материалов под действием света – фотоэффект в запирающем слое – используют в полупроводниковых фотоэлементах;

3. испускание веществом электронов под действием света – внешний фотоэффект – используют в вакуумных и газонаполненных фотоэлементах.

1. Фоторезисторы.

В них используется явление изменения сопротивления вещества под действием инфракрасного, видимого или ультрафиолетового излучения. Основным элементом фоторезисторов (рисунок 7.4) является полупроводниковая пластина, сопротивление которой меняется при освещении из-за увеличения концентрации подвижных носителей заряда. Меняя яркость освещения, изменяют фотопроводимость полупроводника.

а) б) в)

1-полупроводник; 2-электрод

рисунок 7.4

Конструктивно фоторезистор представляет собой пластину полупроводника 1, на поверхности которой нанесены электропроводные электроды. Принципиально возможны две конструкции фоторезисторов: поперечная (рисунок 7.4.а) и продольная (рисунок 7.4.б). В первом случае электрическое поле, прикладываемое к фоторезистору, и возбуждающий свет действуют во взаимно перпендикулярных плоскостях, во втором – в одной плоскости очевидно, что в продольном фоторезисторе возбуждение должно осуществляться через электрод, который должен быть прозрачен для излучения.

В качестве исходного материала фоторезистора используются: сернистый таллий, сернистый висмут, сернистый свинец и др.

Основные характеристики фоторезисторов:

а) ВАХ (рисунок 7.5) – зависимость тока через резистор от напряжения, приложенного к резистору при различных значениях светового потока Ф.

рисунок 7.5

б) Энергетическая характеристика (рисунок 7.6) – зависимость фототока от светового потока.

рисунок 7.6

2.Фотодиоды.

а) б) в)

рисунок 7.7

Фотодиоды имеют структуру обычного р-n перехода (рисунок 7.7.а). Пусть р-n переход находится в равновесии, то есть к нему не приложено внешнее напряжение. Вследствие оптического возбуждения световым потоком Ф в р и n-областях увеличивается концентрация носителей заряда – дырок и электронов, которые начинают диффундировать к р-n переходу, где их концентрация меньше. На границе перехода они разделяются: неосновные носители заряда под действием электрического поля перебрасываются через переход в область, где они являются основными носителями заряда. Электрический ток, который они создают, и есть полный фототок. Основные носители заряда тормозятся электрическим полем и остаются в своих областях.

Фотодиод может работать и совместно с внешним источником электрической энергии U_вн (рисунок 7.7.б), положительный полюс которого подключается к n-области, а отрицательный к р-области. Под действием напряжения источника в цепи фотодиода, включенного в непроводящем направлении, при отсутствии освещения, протекает небольшой темновой ток Iт. При освещении фотодиода поток неосновных носителей заряда через р-n переход возрастает, увеличивается ток во внешней цепи, определяемый в этом случае напряжением внешнего источника и световым потоком.

Материалами для изготовления фотодиодов служат: германий, кремний, селен, сернистый таллий и сернистое серебро.