Охлаждаемые фоторезисторы

Характеристики фоторезисторов на основе PbS и PbSe могут быть значительно улучшены при охлаждении фоточувствительного элемента до температуры твердой углекислоты (195 K) или жидко­го азота (77 K) в результате снижения тепловой генерации равно­весных носителей тока и сужения ширины запрещенной зоны. B качестве хладоагентов могут использоваться фреоны (от 263 до l45K), твердая углекислота (195 К), жидкий или газообразный азот (77 K), жидкий неон (27 K), жидкий (газообразный) водород (20 К) и жидкий гелий (4,2 К). Кроме того, охлаждение чувстви­тельных элементов фоторезисторов, может осуществляться термоэлек­трическим устройством, основанным на использовании эффекта Пельтье (поглощение тепла в спае двух полупроводников, один из которых р-типа, а второй n-типа, при пропускании через него элек­трического тока). Основой конструкции охлаждаемых фоторезисторов, как правило, является герметичный стеклянный сосуд с двойными стенками (сосуд Дьюара), из которого удален воздух, что обеспечи­вает длительное сохранение хладоагента. Внешнее входное окно выполнено из материала, прозрачного в инфракрасной области спек­тра. Параметры чувствительных элементов фоторезисторов обладают недостаточной стабильностью на открытом воздухе, особенно при наличии влаги. Для защиты от влияния влаги, воздуха и других внешних воздействий чувствительные элементы фоторезисторов по­крывают слоем защитного лака (герметика). При этом требуется, чтобы слой лака обладал достаточной прозрачностью в той области спектра, для работы в которой предназначен фоторезистор, был вла­гостойким и не изменял своих свойств в пределах всего диапазона рабочих температур.

Заливные конструкции охлаждаемых фоторезисторов овладеют тем недостатком, что могут применяться, как правило, в стационарных условиях, так как требуют запаса жидкого хладо­агента. Более удобными для эксплуатации охлаждаемых фоторезисторов являются конструкции, в которых в качестве хладоагента использу­ется газ, сжатый до давления 150—350 атм. способный храниться длительное время в специальных баллонах. Основным элементом таких конструкций является микрохолодильник, представляющий со­бой змеевик, помещенный внутрь сосуда Дьюара.

Сжатый газ, в качест­ве которого обычно используется сжатый азот или сжатый воздух, подается в змеевик. При выходе из змеевика газ резко увеличивает свой объем, при этом температура газа понижается за счет рабо­ты, затраченной на расширение газа. Это явление известно в тех­нике под названием адиабатического расширения.

Фоторезисторы различаются не только конструкцией корпуса, но формой и количеством чувствительных элементов в зависимости от целевого назначения и конструктивных особенностей аппаратуры, в которой они используются. Наиболее часто встречающиеся формы чувствительных элементов для одно-, двух-, трех-, четырех- и многоэлементных фоторезисторов. Чувствительные элементы многоэлементных фоторезисторов выполняют в виде одной-двух линеек и матрицы (мозаики).

Основные параметры и характеристики фотрезисторов

Система параметров для различных типов фоторезисторов определяется в зависимости от характера задач, решаемых в кон­кретных видах аппаратуры, где они находят применение.

Основные характеристики:

Темновое сопротивление – сопротивление фоторезистора, измеренное в отсутствие облучения (в темноте), в оговоренных эксплутационных условиях.

Интегральная вольтовая чувствительность – отношение величины сигнала, возникающего на нагрузочном сопротивлении (в согласованном режиме) к величине лучистого потока определенного спектрального состава, попадающего на чувствительный элемент фотоприемника.

Монохроматическая чувствительность (может быть относительная монохроматическая чувствительность) – отношение напряжения сигнала к падающему на чувствительную площадку фотоприемника монохроматического излучения.

Напряжение шумов фоторезисторов. Различают: тепловой шум, генерационно-рекомбинационный шум, радиационный (фотонный) шум, избыточный шум.

Порог чувствительности – минимальная величина лучистого потока определяемого спектрального состава, падающего на фоторезистор, которая на его выходе создает сигнал, равный напряжению шумов.

Величина, обратная порогу чувствительности, называется удельной обнаружительной способностью.

Темновой ток – это ток, протекающий в цепи необлученного (неосвещенного) фоторезистора, при приложении к нему рабочего напряжения.

Световой ток – ток, протекающий в цепи фоторезистора при его освещении (облучении) и падаче на него рабочего напряжения. При этом внутреннее сопротивления освещенного фоторезистора называется световым сопротивлением. Степень изменения внутреннего сопротивления фоторезистора при его облучении количественно оценивается параметром, называемым кратностью изменения сопротивления.

Приращение тока, протекающего в цепи фоторезистора при облучении его лучистым потоком и падаче на него рабочего напряжения, называется фототоком.

Отношение фототока к вызвавшему его появление лучистому потоку носит название интегральной токовой чувствительности.

Степень воздействия температуры окружающей среды на параметры фоторезисторов оценивается величиной температурного коэффициента светового тока (ТК), представляющего собой относительное изменения светового тока фоторезистора при изменении температуры окружающей среды на 1градус С. –

Для многих систем релейной автоматики и экспонометрических устройств характерно использование сравнительно больших световых потоков, обусловливающих существенное изменение проводимости фоторезисторов, что позволяет применять простейшие схемы изме­рений сигнала на постоянном токе. Определяющим параметром в та­ких случаях является кратность изменения величины проводимости (сопротивления) при определен­ной величине засветки.

Наибольшие изменения параметров фоторезисторов происходят при изменении температуры окружающей среды. В реальных усло­виях эксплуатации температура окружающей среды может изме­няться от +60 до —60 °С. Причем изменение параметров вызывается главным обра­зом увеличением фоновой засвет­ки от окружающей среды. Для большинства типов фоторезисто­ров кратковременное воздействие окружающей среды с температу­рой не выше 55-60°С вызывает обратимые изменения пара­метров фоторезисторов. Одним из параметров, опреде­ляющим качество фоторезисторов, является его устойчивость к меха­ническим воздействиям и, в част­ности, к вибрационным перегрузкам. Воздействие вибрационных пе­регрузок приводит к увеличению напряжения шумов фоторезисторов, г, е. к ухудшению их порога чувствительности. При разработке конструкций фоторезисторов принимают специальные меры к повы­шению их устойчивости к механическим воздействиям. Тем не менее, при их эксплуатация следует, предусмотреть запас по порогу чув­ствительности, исходя из данных по виброустойчивости конкретного типа приборов.

Наконец, параметры фоторезисторов в значительной степени за­висят от уровня постоянной фоновой засветки, попадающей на фо­точувствительный элемент из окружающего пространства. Это отно­сится как к неохлаждаемым, так и к охлаждаемым фоторезисторам.