14-04-2020-ЭЛЕКТРОНИКА-1.1-ГЛАЗАЧЕВ (1171923), страница 29

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 29)

6.5.*3. Спектральная характеристика: S Ф  f ( ) – это зависимость относительной мощностифотоэлемента от длины волны падающего на катод излучения. Вид типовой спектральной характеристики показан на рис. 6.6.103А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Электроника 1.1. Конспект лекцийСпектральные характеристики фотоэлементов используютдля их правильной эксплуатации.Основными параметрами фотоэлементов являются:1. Чувствительность – это отношение фототока I Фк вызвавшему этот ток потоку излучения Ф :*SФIK Ф.Ф U a  const оптРис. 6.6.

Спектральная характеристика2. Пороговая чувствительность – минимальный световой поток, при котором полезный электрический сигнал фотоэлемента становится, различим на уровне помех.3. Внутреннее сопротивление Ri :Ri U A. I Ф Ф  constЭто отношение приращения анодного напряжения к приращению фототока при неизменной величине светового потока.Фотоэлементы применяются в различных областях науки и техники.

В частности их применяютв фотореле, которые обеспечивают контроль различных величин на производстве: освещенности, прозрачности сред, качества обработки поверхности деталей и т.п. Но их недостатками являются невозможность микроминиарютизации и довольно высокие анодные напряжения (десятки – сотни вольт).Поэтому в настоящее время во многих видах аппаратуры они заменяются полупроводниковыми приемниками излучения.6.1.2. Фотоэлектронные умножителиФотоэлектронный умножитель – электровакуумный прибор, в котором фотоэлемент дополненустройством усиления фототока за счет вторичной электронной эмиссии.Схематическоеустройствоэтогоприборапоказанона4123рис. 6.7.

Обычно это стекляннаяколба, в торце которой устанавливается полупрозрачный фотокатод1, за которым устанавливается фокусирующая диафрагма 2 и неU выхRнсколько вторичных катодов 3, которые иногда называются ещё динодами, за которыми располагаR1R2R3R4R5R6Еется анод 4. Каждый из этих электродов подключается к различаным точкам делителя напряже14ния, подающего на эти электродыразличные потенциалы. Слабыйсветовой поток попадает на фотокатод и выбивает из него некоторое количество электронов. Поддействием создаваемого источнибком E электрического поля этиэлектроны ускоряются и, попадаяРис. 6.7. Фотоэлектронный умножитель:а – включение фотоумножителя с пятью анодами вторичной эмиссии;на вторичный катод, выбивают изб – расположение электродов в фотоумножителенего уже значительно большееколичество электронов, которые, в свою очередь, ускоряются и попадают на следующий вторичныйкатод и т.д.

Поток электронов всё время возрастает от одного вторичного катода к другому и на анод104А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Электроника 1.1. Конспект лекцийпопадает уже мощный электронный поток, который создаёт на нагрузке Rн большое падениенапряжения, пропорциональное входному световому потоку.Коэффициент усиления фотоэлектронного умножителя:IK y  А  n ,I0(6.3)где I A – ток анода; I 0 – ток фотокатода;  – коэффициент вторичной эмиссии; n – число вторичныхфотокатодов.Для фотоэлектронного умножителя, как и для обычных фотоэлементов, характерен темновойток, который обусловлен термоэлектронной эмиссией фотокатода и динодов. Его величина составляет малые доли микроампера, и он может быть уменьшен охлаждением.

Значением темнового токаограничивается минимальный световой поток, который может зарегистрировать с помощью умножителя.Фотоэлектронные умножители применяются во многих областях науки и техники: в астрономии, для измерения световых потоков, для спектрального анализа и т.п.6.2. Фотоэлектрические приборы на основе внутреннего фотоэффектаВнутренний фотоэффект наблюдается в полупроводниковых материалах при облучении их поверхности лучами света.

Он заключается в том, что при поглощении энергии фотона атомом полупроводника может возникнуть пара «электрон – дырка», если этой энергии достаточно для переводаэлектрона из валентной зоны в зону проводимости, т.е. если поглощённая энергия превышает ширину запрещённой зоны. Интенсивность фотоионизации определяется энергией излучения, её потокоми спектром поглощения полупроводника.Образование пар «электрон – дырка» обусловливает собственную электропроводность полупроводника, которая в данном случае является фотопроводимостью, причём собственная электропроводность может оказаться значительно больше проводимости примесной.Внутренний фотоэффект широко применяется в различных фотоэлектрических приборах: фоторезисторах, фотодиодах, фототранзисторах и фототиристорах.6.2.1. ФоторезисторыФоторезисторы используют в своей работе эффект фотопроводимости. Фоторезисторы выполняются в самых различных конструктивных вариантах, различного назначения, по различным технологиям и с различными параметрами, но в общем виде это – чувствительный к излучению слой полупроводника, прикреплённый к изоляционной подложке, по краям которого смонтированы токоведущие электроды.

Принципиально возможно две конструкции фоторезисторов: поперечная и продольная.В первом случае электрическое поле, прикладываемое к фоторезистору, и возбуждающий светдействуют во взаимно перпендикулярных плоскостях (рис. 6.8, б), во втором – в одной плоскости. Впродольном фоторезисторе возбуждение осуществляется через электрод прозрачный для световогоизлучения.

Поперечный фоторезистор представляет собой почти омическое сопротивление до частотпорядка десятков – сотен мегагерц. Продольный фоторезистор из-за конструктивных особенностейимеет значительную электрическую ёмкость, которая не позволяет считать фоторезистор чисто омическим сопротивлением на частотах сотни – тысячи герц.ФЭЭIIабРис. 6.8. Фоторезисторы (а), поперечная конструкция фоторезистора (б);условное графическое обозначение (в)105вА.В. Глазачев, В.П.

Петрович. Электроника 1.1. Конспект лекцийВ качестве исходного материала фоторезистора чаще всегоиспользуется теллуристый кадмий ( CdTe ), селенистый теллур( TeSe ), сернистый висмут ( BiS ), сернистый кадмий ( CdS ) и др.U выхRнДля защиты от атмосферных воздействий верхняя поверхность фотослоя покрыта прозрачным лаком. Вся сборкаUможет быть помещена в защитный корпус, в котором сделано окно для прохождения излучения. Он может включатьсякак в цепь постоянного тока, так и переменного (рис.

6.9).При облучении фоторезистора возрастает его проводимость,и соответственно возрастает ток. Выходное напряжеРис. 6.9. Схема включения фоторезисторание, пропорциональное потоку излучения, снимается с сопротивления нагрузки Rн .Основными характеристиками фоторезистора являются:1. Вольт-амперные характеристики I Ф  f U .Ф  constЭто зависимости тока в фоторезисторе от напряжения источника питания E при постоянном потокеизлучения Ф . Эти характеристики практически линейны (рис.

6.10). При Ф  0 через фоторезистор протекает маленький темновой ток; при освещении ток возрастает за счёт увеличения фотопроводимости.2. Световая характеристика I Ф  f Ф .U  constЭто зависимость фототока от потока излучения при постоянном напряжении источника. Существенная нелинейность этих характеристик (рис. 6.11) объясняется не только увеличением количества носителей с увеличением потока излучения Ф , но и процесса их рекомбинации.IФ 3 Ф 2IФU 2 U1Ф 2 Ф1Ф1 0U1 0Ф0ФUРис. 6.10. Вольт-амперные характеристики фоторезистораРис.

6.11. Световая характеристика фоторезистора3. Спектральная характеристика S *  f   , где  – длина волны электромагнитного излучения.Эта характеристика обусловлена материалом и технологией изготовления фотослоя. Типовойвид этой характеристики представлен на рис. 6.12.S*0,4CdSCdTeCdSe0,60,81,0 , мкмРис. 6.12. Относительные спектральные характеристики фоторезисторов106А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Электроника 1.1.

Конспект лекцийОсновными параметрами фоторезисторов являются:I1. Чувствительность: K  Ф.Ф Е  const2. Номинальное значение фототока I Ф ном .3. Темновое сопротивление Rтемн .R4. Отношение темн .RФ ном5. Рабочее напряжение U раб .Значительная зависимость сопротивления фоторезистора от температуры, характерная для полупроводников, является их недостатком.

Существенным недостатком фоторезисторов также являетсяих инерционность, объясняющуюся большим временем рекомбинации электронов и дырок послепрекращения воздействия излучения. На практике фоторезисторы применяются на частотах сотен герц– единиц килогерц. Собственные шумы их довольно значительны. Несмотря на эти недостатки, фоторезисторы широко применяются в различных схемах автоматики и во многих других устройствах.6.2.2. ФотодиодыФотодиод представляет собой полупроводниковый фотоэлектрический прибор, содержащий p–n-переход, и использующий явление внутреннего фотоэффекта. Фотодиоды имеют различную конструкцию, различное назначение и различные параметры, но в большинстве случаев структура фотодиода бывает такой, как показано на рис.

6.13, б. На принципиальных схемах фотодиод изображаетсясимволом, показанным на рис. 6.13, в.ФnpабвРис. 6.13. Конструкции фотодиодов (а), структура (б)и условное графическое обозначение фотодиода (в)Фотодиод можно использовать в двух различных включениях: фотодиодном и фотогальваническом.Фотогальваническое включение (рис. 6.14) предполагаетиспользование фотодиода как источника фотоЭДС, поэтому внастоящее время его называют полупроводниковый фотоэлеRнмент.Рассмотрим процесс возникновения фотоЭДС в фотодиоде (рис.

6.15). В отсутствие освещения фотодиода концентраРис. 6.14. Фотогальваническое включениеция носителей в его обеих областях будет равновесной, а слефотодиодадовательно никакой разности потенциалов между областямине будет. Если же осветить полупроводник лучами света, то в результате поглощения энергии фотоновбудут образовываться пары «электрон – дырка». Дырки в области p являются основными носителями,поэтому поле E p p–n-перехода будет их отталкивать от границы раздела, а вот образовавшиеся свободные электроны, являясь в области p неосновными носителями, будут переброшены полем черезграницу раздела в область n , где они являются основными.

Аналогично, в области n из образовавшихся107А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Электроника 1.1. Конспект лекцийносителей «электрон – дырка» только дырки, являясь неосновными носителями, будут переброшенычерез границу раздела в область p , а образовавшиесясвободные электроны только пополнят количество основных носителей в области n , увеличив ихконцентрацию.Таким образом, за счёт поглощённойФсветовой энергии в полупроводнике образуются пары носителей; неосновные носителиEперебрасываются в соседнюю область электрическим полем p–n-перехода, а основныеnp - + + ++ +носители остаются в своей области; концентрация носителей возрастает и становится++ ++ + +сверхравновесной, т.е. суммарный электри+ + ++ + +ческий заряд основных носителей в обеихобластях полупроводника уже не уравнове+ + ++ + +шивается противоположным зарядом ионовпримеси, и следовательно в области p появРис.

Характеристики

Список файлов учебной работы