№ 133 (1107957), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Пороговаяэнергия активации определяется по формуле1,24 10 4Wпор эВ , пор(2)где пор - длина волны (в ангстремах), соответствующая фотонам сминимальной энергией, ещѐ вызывающей фотоэффект.Приборы,использующиевнутренний фотоэффект. Из этихприборовпростейшимявляетсяфотосопротивление (фоторезистор),представляющее собой пластинку из чистогоили примесного полупроводника с двумяконтактами для включения в цепь.
Приосвещениипроводимостьфотосопротивления возрастает тем больше,чем больше величина светового потока, иРис. 4если через фотосопротивление течѐт ток, тосила тока при этом соответственно растѐт. Для ряда приложений важнознать зависимость проводимости фотосопротивления от длины волныпадающего на него света (его спектральную характеристику). В качествепримера на рис. 4 приведена зависимость от длины волны тока iФ ,текущего в цепи, содержащей фотосопротивление на основе сульфата12кадмия. Кривая имеет один ярко выраженный максимум. Спад кривой вобласти малых длин волн (больших частот) связан с тем, что прификсированной мощности светового потока число фотонов в нѐм падает сувеличением энергии фотонов, а так как каждый фотон, как правило,вызывает лишь один электронный переход, то проводимость уменьшается.Кроме того, фотоны большой энергии могут возбуждать электронывнутренних оболочек атомов кристалла, не давая при этом вклада вфотопроводимость.
Спад кривой в длинноволновой области вызванналичием пороговой энергии активации, которой, как видно из рисунка,соответствует длина волны пор 0,56 мкм (длина волны 0 0,47 мкмсоответствует оптимальной энергии активации).Благодаря простотеконструкции, высокой надѐжности и малым размерам фотосопротивленияшироко используются в качестве приѐмников света в автоматике,фотометрии, спектроскопии.Недостатками их являются сравнительно большая инерционность изависимость чувствительности от температуры.Действиеполупроводниковыхфотоэлементов(фотоэлементов с запирающим слоем) основано на вентильномфотоэффекте. Их большим достоинством является то, что они нетребуют источников питания.
Напротив, будучи источниками ЭДС, онисами преобразуют световую энергию в электрическую. Как приѐмникисвета вентильные фотоэлементы имеют характеристики, схожие схарактеристиками фотосопротивлений и употребляются в основном длятех же целей. Разновидностью их являются фотодиоды ифототриоды, применяемые в радиотехнических схемах автоматики.Батареи полупроводниковых фотоэлементов с высоким коэффициентомполезного действия (до 20 %) используются как автономные источникипитаниядлякосмическихаппаратов(солнечныебатареи),микрокалькуляторов и других приборов.ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИСхема установки приведена на рис.5. В качестве источника излученияиспользуется лампа накаливания 1, дающая непрерывный спектризлучения.Максимум испускательной способности лампы приходится на далекуюинфракрасную область. В видимой части спектра (именно в этой частиспектра производятся измерения) излучаемая лампой энергия растет сувеличением длины волны.
Свет от лампы, пройдя конденсорную линзу 2,падает на входную щель 3 монохроматора УМ-2. Монохроматорпредставляет собой оптический призменный прибор, позволяющийвыделить узкую часть спектра излучения. Если ширина выходной цели 413монохроматора составляет 0,3 мм, то спектральный интервал выходящего0через нее света не превышает 30 А .
Изменение длины волны света,проходящего через выходную щель, осуществляется вращением барабана 5.Сразу за выходной щелью монохроматора находится небольшая поворотнаяпризма, выводящая часть излучения в направлении, показанном на рис.5стрелкой. Это позволяет в процессе измерения осуществлять визуальныйконтроль излучения, проходящего через выходную щель.
Под выходнойРис. 5щелью находится регулировочный штифт. Вдвигая и выдвигая его, можноизменять световой поток, выходящий из монохроматора. Поворотом ручкизатвора 6 этот поток можно прервать.Монохроматический пучок света, вышедший из монохроматора, падаетна полупроводниковый приемник излучения 7. Вкачестве приемника в упражнении 1 используетсяфотосопротивление из селенида кадмия, в упражнении2 - вентильный фотоэлемент. Приемники излучениянаходятся в кожухах, прикрепленных к оптическимрейтерам.Схемапитанияфотосопротивленияприведена на рис. 6.Рис.
6Источником питания является стабилизаторнапряжения Б5-47. Для измерения тока, текущего через фотосопротивление,последовательно с ним в схему включается микроамперметр. Вентильныйфотоэлемент непосредственно присоединяется к микроамперметру.Возникающая в нем под действием падающего на него света фотоэдсприводит к появлению тока.Подготовка к измерениям1. Включают пульт питания ЭПП-III с помощью тумблера «СЕТЬ»,находящегося на его передней панели. Включив тумблер пульта «ЛАМПАK-12», подают напряжение на лампу накаливания 1.2. Перемещая по оптическому рельсу относительно друг друга лампу 1 и14конденсорную линзу 2, добиваются равномерного освещения заслонкивходной щели 3 монохроматора.
При этом центр светового пятна долженсовпадать с центром заслонки, а его величина должна превосходить площадьзаслонки.3. Снимают заслонку с входной щели монохроматора. Ручку затвора 6поворачивают в положение«ОТКР».С помощью микровинтов,расположенных под входной и выходной щелями, устанавливают ширинущелей0,5-0,6 мм.Тумблерами«ШКАЛА»и«ИНДЕКС»,расположенными на стенке монохроматора, включают освещение шкалыбарабана 5 (если это требуется). Помещают на пути лучей, идущих издополнительного вывода, лист белой бумаги. Вращая барабан, следят заизменением цвета светового пучка, выходящего из монохроматора.Соответствие между делениями шкалы барабана и длиной волны выходящегосвета устанавливают по прилагаемому к монохроматору графику.
Закрываютзатвор монохроматора.Упражнение 1ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИАКТИВАЦИИ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГОФОТОСОПРОТИВЛЕНИЯ1. Устанавливают полупроводниковое фотосопротивление сразу завыходной щелью монохроматора вплотную к ней.2. В соответствии с рис. 6 собирают схему питания фотосопротивления.Для этого подключают к соответствующим клеммам панели, находящейся налабораторном столе, фотосопротивление, микроамперметр и источник тока.Вращая ручку расположенного на панели переменного сопротивления,устанавливают стрелку микроамперметра на нулевое деление. Открываютзатвор монохроматора.003.
Изменяя в пределах от 4000 А до 10000 А длину волны λ света,0выходящего из монохроматора, через каждые 300 А измеряют с помощьюмикроамперметра силу тока i проходящего через фотосопротивление. В0области максимальных значений тока отсчеты производят через 100 А .4. Повторяют измерения, устанавливая ширину выходной щелимонохроматора вдвое и втрое меньше.5. Закрывают затвор монохроматора. Разбирают схему питанияфотосопротивления. Убирают фотосопротивление от выходной щелимонохроматора.6. Строят графики зависимости i от λ для каждой ширины щели.
Накривых находят значения длины волны λi , при которых сила токамаксимальна. Длина волны λопт, которую имеют фотоны, обладающие15оптимальной энергией активации фотосопротивления, определяется каксредняя арифметическая величина от найденных значений λi.7.
По формуле (1) вычисляют оптимальную энергию активациифотосопротивления.Упражнение 2ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ И ПОРОГОВОЙЭНЕРГИИ АКТИВАЦИИ ПОЛУПРОВОДНИКА СВЕНТИЛЬНЫМ ФОТОЭФФЕКТОМ1. Устанавливают у выходной щели монохроматора вплотную к нейвентильныйфотоэлемент.Соединяютегопоследовательносмикроамперметром (рис. 7). Открывают затвор монохроматора.2. Снимают зависимость силы i фототока от длины00волны λ в области длин волн от 4000 А до 8000 Асогласно методике, описанной в упражнении 1. Измеренияпроводят для ширины выходной щели монохроматора0.6, 0.3 и 0.2 мм. По окончании измерений закрываютзатвор монохроматора и разбирают схему включенияРис. 7фотоэлемента.3.
Строят кривые зависимости i от λ при различнойширине щели монохроматора. На кривых находят значения длины волны λК,при которых сила фототока максимальна, и значения длины волны λi,лежащие на длинноволновых спадах кривых, такие, что соответствующаяим величина силы фототока составляет 10% максимальных значений.Длины волн λопт и λПОР, соответствующие оптимальному и пороговомузначениям энергии активации полупроводника, находятся как средниеарифметические величины от найденных значений λк и λi для трехизмерений.4. По формулам (1) и (2) рассчитывают оптимальную ΔwОПТ ипороговую ΔwПОР энергии активации вещества фотоэлемента.Вопросы для самопроверки1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
