Завдання 4. Зміна опору напівпровідників при освітленні
Устаткування: 1) фоторезистор ФС-К1 на підставці, 2) гальванометр демонстраційний від амперметра, 3) джерело струму з регульованою напругою 4-12 В 4) електрична лампа потужністю 60-100 Вт на підставці, 5) дроти сполучні.
Перед демонстрацією досліду учнів знайомлять з будовою напівпровідникового фоторезистора ФС-К1 по таблиці 2 — «Фоторезистор», де цей фоторезистор зображений великим планом в розрізі.
Фоторезистор є тонким світлочутливм шаром напівпровідника 1, що складається з сірчистого кадмію, нанесеного на круглу ізолюючу пластинку 4, краї якої запресовані в кільцеподібну пластмасову оправу 2. З протилежних сторін напівпровідникового шару зроблені струмовідводи 3, які з’єднані з двома запресованими в оправу електродами у вигляді вилки 5. Для захисту напівпровідникового шару від забруднення і атмосферного впливу поверхня його покрита прозорим лаком.
Конструкція фоторезистора ФС-К1
Потім збирають установку по рис. 5. Фоторезистор ФС-К1 включають в ланцюг джерела постійного струму напругою близько 4 В послідовно з демонстраційним гальванометром від амперметра. Звертають увагу на малу величину початкового струму. Цей струм називають темновим. Він залежить від електричного опору, яке має фоторезистор, і від прикладеної до нього напруги.
Далі запалюють електричну лампу і, повільно наближуючи і видаляючи її від фоторезистора, спостерігають збільшення і зменшення струму в ланцюзі. Роблять висновок, що опір напівпровідників при збільшенні їх освітленості зменшується.
Зміну опору під дією світла пояснюють збільшенням кількості вільних носіїв заряду. Ці явище називають внутрішнім фотоефектом, а різниця між світловим і темновим струмом — фотострумом.
Для уточнення залежності струму від освітленості увагу учнів звертають до таблиці 2 і розглядають зображені на ній графіки (рис. 172). Перша крива знята при напрузі 10 в, друга — при напрузі 4 В. Графіки показують, що струм у міру збільшення освітленості наближаються до насичення, і тим швидше, чим менше напруга на фоторезисторі.
Рис.5 Демонстрація дії фоторезистора
Знову повертаються до демонстраційної установки і при постійній освітленості змінюють полярність включення фоторезистора в ланцюг. При цьому спостерігають, що величина струму залишається незмінною.
Роблять висновок, що фоторезистор однаково добре проходить струм як в одному, так, і в іншому напрямі. Він представляє собою в електричному відношенні звичайний високоомний резистор.
Потім показують, що струм в ланцюзі з фоторезистором залежить також від величини прикладеної зовнішньої напруги. Для цього, не змінюючи освітленості фоторезистора, міняють напругу живлення на 2, 4, 6 а потім 8 В.
Відмічають лінійні залежність між струмом і прикладеною напругою.
По таблиці 2 роз’яснюють учням вольт-амперну характеристику фоторезистора, зняту в темряві і при освітленості в 200 лк. Звертають увагу, що фотострум не має насичення і, отже, світлова чутливість фоторезистора пропорційна прикладеній напрузі.
На закінчення відмічають широке застосування фоторезисторів в автоматиці і контрольно-вимірювальній техніці. Із зовнішнім виглядом деяких фоторезисторів можна ознайомити учнів по вказаній вище таблиці.