 |
|
Фотоэлектронные приборы
Фотоэлектронные (фотоэлектрические) приборы предназначены для преобразования световой энергии в электрическую.
Все полупроводниковые фотоэлектрические приборы основаны на внутреннем фотоэффекте – возбуждении атомов и росте концентрации свободных носителей заряда под воздействием светового излучения. При этом в полупроводнике растет проводимость, а на p-n переходах появляется ЭДС.
К фотоэлектронным приборам относятся фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы и фототиристоры.
Фоторезистор – это полупроводниковый фотоэлектрический прибор, сопротивление которого изменяется под действием светового излучения. На рис. 1.39 показана схема включения фоторезистора и его характеристики. Фоторезисторы, как и другие фотоэлектрические приборы, характеризуются световой характеристикой, т.е. зависимостью фототока 
, протекающего через прибор от светового потока 
. Она нелинейная и это является недостатком фоторезистора. ВАХ фоторезистора линейны, а их наклон зависит от величины светового потока.
 |
а) б) в)
 |
Фоторезисторы могут работать и на переменном токе. Фоторезисторы являются самыми простыми и дешевыми фотоэлектрическими приборами.
Фотодиод – это полупроводниковый фотоэлектрический прибор, основанный на внутреннем фотоэффекте, содержащий один p-n переход и имеющий два вывода.
Фотодиоды могут работать в двух режимах: без внешнего источника электроэнергии (режим фотогенератора) и с внешним источником (режим фотопреобразователя). На рис. 1.40, а, б показаны эти схемы включения.
При освещении фотодиода в режиме фотогенератора на его выводах появляется фото-ЭДС с полярностью слева «+», справа «–». При подключении сопротивления нагрузки под действием ЭДС по нему идет фототок. Именно в таком режиме работают солнечные батареи.
В режиме фотопреобразователя через p-n переход протекает обратный ток, зависящий от светового потока, определяющего число неосновных носителей. Световая характеристика в режиме фотопреобразователя (рис. 1.40, в) линейна и выражается уравнением
,(1.14)
где 
– чувствительность (до 20 мА/лм),
IФТ – темновой ток (начальный ток в темноте).
ВАХ фотодиода в темноте не отличаются от ВАХ p-n перехода (см. рис. 1.40 г), а при освещении опускается вниз. Режиму фотопреобразователя соответствуют участки в третьем квадранте, а режиму фотогенератора – в четвертом.
Фотодиоды имеют большее быстродействие, чем фоторезисторы (работоспособны при частоте 1 гГц и выше), но менее чувствительны.
С целью повышения чувствительности вместо фотодиодов применяют фототранзисторы.
Фототранзистор – фотоэлектронный прибор, имеющий трехслойную структуру, как обычный транзистор, в котором ток зависит от освещения базы. Схема включения фототранзистора показана на рис. 1.41. Они имеют линейную световую характеристику, а выходные ВАХ аналогичны ВАХ обычного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, но в качестве параметра вместо тока базы выступает световой поток. Чувствительность фототранзисторов достигает 1 А/лм. Параметры фототранзисторов существенно зависят от температуры.
Фототиристор – фотоэлектронный прибор, имеющий четырехслойную структуру, как обычный тиристор, но управляемый световыми импульсами. При освещении тиристора он включается.
Контрольные вопросы
1. Принципы действия фотоэлектронных приборов.
2. Схемы включения и применение фотоэлектронных приборов.
3. Режимы работы фотодиода.
4. Объясните вид ВАХ фотодиода.