2. Устройство, принцип действия, характеристики и параметры фоторезисторов.
Ф
Рис.2.
Устройство и схема включения фоторезистора
Принцип действия ФР основан на использовании явления фотопроводимости полупроводников, которая зависит от концентрации электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне. При облучении полупроводника светом, достаточным для перехода электронов из валентной зоны в зону проводимости, проводимость ФР увеличивается.
Принцип устройства фоторезистора показан на рис.2,а. На диэлектрическую пластину 1 нанесен тонкий слой полупроводника 2 с контактами 3 на концах. Схема включения фоторезистора приведена на рис. 2,б. Полярность источника питания не играет роли. Полупроводниковый фоточувствительный слой выполняется в виде монокристаллической или поликристаллической пластинки или в виде поликристаллической пленки, нанесенной на диэлектрическую подложку (стекло, керамика или кварц). Металлические электроды (золото, платина) наносят либо на поверхность фоточувствительного слоя, либо непосредственно на диэлектрическую подложку перед осаждением полупроводникового слоя.
В качестве полупроводника используют:
- сернистый кадмий CdS (фоторезисторы ФСК) - наиболее чувствительный к видимым лучам спектра;
селенид кадмия CdSе (фоторезисторы ФСД) – наиболее чувствительный к лучам на границе между видимой и инфракрасной областями спектра;
сернистый свинец (фоторезисторы PbS)– наиболее чувствительный к инфракрасным лучам.
Для защиты от внешних воздействий фоточувствительный слой покрывают слоем прозрачного лака.
Поверхность светочувствительного материала, расположенную между электродами, называют рабочей площадкой. Световой поток направляют на полупроводник через специальное окно в корпусе фоторезистора. При эксплуатации ФР рекомендуют его рабочую площадку засвечивать полностью, так как при этом эффект изменения сопротивления ФР будет максимален.
Параметры фоторезистора
Если к неосвещенному ФР подключить источник питания, то в электрической цепи потечет небольшой ток, обусловленный наличием в полупроводнике малого количества свободных носителей заряда. Этот ток называют темновым током Iт.
Темновое сопротивление Rт – это сопротивление ФР при отсутствии освещения. Темновое сопротивление принято определять через 30 с после затемнения ФР.
При облучении ФР в электрической цепи протекает ток Iсв. Разность токов при наличии и отсутствии освещения называют фототоком Iф
Iф = Iсв – Iт.
Удельная интегральная чувствительность - это отношение фототока к световому потоку и к приложенному напряжению:
Ко = Iф/ФU
Чувствительность называют интегральной, потому что измеряют ее при освещении ФР светом сложного спектрального состава. Удельные интегральные чувствительности различных типов ФР составляют от 1 до 600 мА /(В·лм).
При воздействии на ФР источника монохроматического излучения, например, лазера используют параметр монохроматическая чувствительность.
Рабочее напряжение зависит от расстояния между электродами ФР имеет диапазон от единиц до 100 В.
Постоянная
времени
–
это время, в течение которого фототок
ФР изменяется после освещения или после
затемнения ФР в е
раз по
отношению к установившемуся значению.
Постоянная времени характеризует
инерционность ФР.
В связи с тем, что скорость нарастания фототока при освещении несколько отличается от скорости его спада после затемнения ФР, различают постоянные времени нарастания н и спада с. Численные значения постоянных времени могут быть от десятков микросекунд до десятков миллисекунд.
Наличие существенной инерционности у ФР приводит к тому, что с увеличением частоты модуляции светового потока эффективное значение возникающего переменного фототока уменьшается. Максимальная частота модуляции светового потока для ФР не превосходит десятков килогерц.
Необходимо помнить, что параметры полупроводниковых ФР существенно зависят от температуры. Собственные шумы фоторезисторов значительны.
Достоинства ФР: высокая чувствительность и малые габариты.