Главная | Обратная связь

Основные теоретические сведения

В настоящее время широко распространены различные типы фотоэлектрических приборов, одним из которых является фоторезистор - непроволочный _______________________ прибор, электрическое сопротивление которого изменяется под действием оптического излучения. К оптическому диапазону излучения относят ________________, видимое и __________________ излучения с длиной волны от десятков нанометров до десятых долей миллиметра.

Работа фоторезисторов основана на явлении внутреннего фотоэффекта (фотопроводимости) в полупроводниках.

Под внутренним фотоэффектом понимают переход электронов в полупроводнике из связанных состояний (из валентной зоны) в свободные (в зону проводимости) под действием ____________________. Результатом внутреннего фотоэффекта является возрастание концентрации в полупроводниках свободных носителей заряда (электронов) и, как следствие, уменьшение ______________________.

Внутренний фотоэффект происходит при частоте, превышающей или равной значению, которую называют "____________________" внутреннего фотоэффекта:

(1)

где - энергия электромагнитного излучения, необходимая для перехода электрона из связанного состояния в свободное;

- постоянная Планка.

По своему устройству и технике применения фоторезисторы являются простейшими из фотоэлектрических приборов и в зависимости от типа и назначения имеют самые разнообразные конструктивные решения. На рис. 1 схематически показано устройство фоторезистора. Пластина или пленка ______________________________2 закреплена на _____________ 1 из непроводящего материала - стекла, керамики или кварца. В зависимости от применяемого слоя полупроводникового материала фоторезисторы подразделяются на сернистосвинцовые, сернистокадмиевые, сернисто-висмутовые и поликристаллические селено - кадмиевые. В качестве _______________ 3 используют металлы, не подвергающиеся коррозии (серебро, золото, платина). Для защиты от внешних воздействий поверхность _______________________________ 2 фоторезистора покрывают слоем ___________________________ 4. Фоторезистор включается в цепь _____________________ с управляемым устройством (R_н) и источником электроэнергии (рис. 2).

К достоинствам фоторезисторов можно отнести: высокую ___________________; небольшие ______________; возможность работы в цепях постоянного и переменного токов и в инфракрасной области спектра излучения. В ряде случаев ток, протекающий через фоторезистор можно использовать непосредственно без применения промежуточного усиления для приведения в действие исполнительного механизма. Это является существенным преимуществом фоторезистора перед другими типами фотоэлектрических приборов.

Однако, при освещении фоторезистора ток в нем достигает своего конечного значения лишь спустя некоторый промежуток времени, а при затемнении фоторезистора он уменьшается с некоторым запозданием - фоторезисторы обладают заметной ___________________, поэтому для регистрации кратковременных световых импульсов они не годятся.

К основным параметрам фоторезисторов относятся: темновое сопротивление, темновой ток, световой ток, фототок, интегральная чувствительность, рабочее напряжение, и т.д.

Темновое сопротивлением R_Т - сопротивление фоторезистора, который ____________________. В этих условиях в цепи с фоторезистором под действием напряжения U источника электроэнергии создается небольшой ________________________:

(2)

Этот ток обусловлен наличием в неосвещенном полупроводнике некоторого количества свободных ______________ заряда.

При освещении фоторезистора сопротивление его уменьшается, и в цепи протекает ток, называемый ______________:

(3)

Этот ток значительно больше _____________ тока. Его возрастание происходит за счет увеличения концентрации свободных носителей заряда в полупроводниковой пленке 2 (рис 1) вследствие внутреннего _______________.

Разность между световым и темновым токами называется _______________:

(4)

Интегральная чувствительность определяется при воздействии на фоторезистор немонохроматического излучения.

Величина фототока, приходящаяся на единицу светового потока, называется интегральной чувствительностью (К) фоторезистора:

___________ (5)

Для измерения интегральной чувствительности фоторезистора принято использовать лампу накаливания с вольфрамовой нитью при температуре 2850 К. Обычно интегральная чувствительность фоторезисторов колеблется от 50 до 1200 мА/лм.

Рабочее напряжение - это максимально возможное напряжение, не приводящее к ______________ других параметров фоторезистора в течение всего срока службы. Оно может быть в пределах от нескольких единиц вольт до 100 В.

Значения параметров фоторезисторов, как и любых полупроводниковых приборов, существенно зависят от температуры.

Для выбора типа и режима работы фоторезистора используют ряд его характеристик.

Вольт-амперная характеристика - показывает зависимость _______________ от ____________________ U при постоянном ____________________ ( при Ф=Const). Вольт-амперные характеристики большинства фоторезисторов линейны (рис. 3). Однако, в некоторых случаях при повышении напряжения линейность нарушается.

Световая характеристика - это зависимость ____________ от _____________________________ (Ф) постоянного спектрального состава ( при U=Const) (рис.4). При малых значениях светового потока характеристику можно считать линейной, а при больших прямо пропорциональная зависимость нарушается.

Когда световой поток мал, первичный фототок проводимости практически безынерционен и изменяется прямо пропорционально величине ________________________, падающего на фоторезистор. По мере возрастания величины светового потока увеличивается число электронов проводимости. Двигаясь внутри полупроводника, электроны сталкиваются с атомами, __________________ их и создают дополнительный поток электрических зарядов, получивший название вторичного фототока проводимости. Увеличение числа ионизированных атомов тормозит движение электронов проводимости. В результате этого изменения фототока ___________________ во времени относительно изменений светового потока, что определяет некоторую инерционность фоторезистора и нелинейность световой характеристики.

Спектральная характеристика - это зависимость чувствительности фоторезистора от _____________________ светового излучения. Фототок зависит от спектрального состава светового потока. Зависимость относительного значения фототока от длины волны излучения при постоянном световом потоке определяет спектральную характеристику фоторезисторов ( при Ф=Const), которая зависит от их материала. Путем соответствующего подбора последнего можно построить фоторезистор, чувствительный к любой части видимого спектра. Некоторые из фоторезисторов обладают большой чувствительностью к инфракрасной части спектра, что дает возможность использовать их для наблюдения и регистрации излучения слабо нагретых тел.

 

№	Критерий оценки, %	Оценка
1	0т 91до 100	отлично
2	От 81 до 91	хорошо
3	От 71 до 81	удовлетворительно
4	От 0 до 71	неудовлетворительно
Блок содержит 33 подготовленных пропусков

Контрольные вопросы

Вопросы на «удовлетворительно»

1. Какие вещества называются полупроводниками?

2. Электрическим током называется...

3. Удельное сопротивление показывает...

4. Единицей измерения удельного сопротивления в СИ является

5. Удельное сопротивление полупроводника с ростом количества примесей в нем...

6. Какие виды излучения относят к оптическому диапазону?

7. В чем состоит явление внутреннего фотоэффекта?

8. Что называют «красной границей» внутреннего фотоэффекта?

9. Что такое фоторезистор?

10. Расскажите об устройстве фоторезистора.

11. Что называется вольт - амперной характеристикой фоторезистора?

12. Что называется световой характеристикой фоторезистора?

13. Что называется спектральной характеристикой фоторезистора?

14. Дайте определение основным параметрам фоторезисторов: темновое сопротивление, темновой ток, световой ток, фототок, , рабочее напряжение.

15. В чем заключается причина инерционности фоторезисторов?

16. В чем причина нелинейности световой характеристики фоторезисторов?

17. Какими достоинствами и недостатками обладают фоторезисторы при практическом использовании?

 

Вопросы на «хорошо»

1. Почему возможны две электрические схемы для снятия вольт -амперной характеристики фоторезистора? Поясните условия их применимости на основании закона Ома и параллельного и последовательного соединения проводников.

2. Какими способами можно изменить величину светового потока?

3. Приведите примеры практического применения фоторезисторов.

Вопросы на «отлично»

1. Предложите электрическую схему и поясните принцип работы электрической автоматической сушилки для рук на основе фоторезистора.

2. Предложите электрическую схему и поясните принцип работы автоматического устройства включения и отключения уличного освещения на основе фоторезистора.

3. Предложите электрическую схему и поясните принцип работы автоматического устройства на основе фоторезистора, предназначенного для предварительной сушки зерна.

4. Предложите электрическую схему и поясните принцип работы устройства для измерения уровня освещенности на основе фоторезистора.