Фотоэлектрические преобразователи

Фотоэлектрическими называются такие преобразователи, у ко­торых выходной сигнал изменяется в зависимости от светового потока, падающего на преобразователь. Фотоэлектрические преобразователи или фотоэлементы делятся на три типа: фото­элементы с внешним фотоэффектом, фотоэлементы с внутрен­ним фотоэффектом и фотогальванические преобразователи.

Фотоэлементы с внешним фотоэффектом представляют со­бой вакуумные или газонаполненные сферические стеклянные бал­лоны, на внутреннюю поверхность которых наносится слой фото­чувствительного материала, образующий катод. Анод выполняет­ся в виде кольца или сетки из никелевой проволоки. В затемнен­ном состоянии через фотоэлемент проходит темновой ток, как следствие термоэлектронной эмиссии (порядка 10^-12А) и утечки между электродами (порядка

10^-10...10^-7А). При освещении фото­катод под влиянием фотонов света имитирует электроны. Если между анодом и катодом приложено напряжение, то эти электро­ны образуют электрический ток. Фотоэлементы с внешним фотоэффектом тре­буют применения усилителей, так как их мощность очень мала.

Отношение тока, усиленного за счет ионизации, к первичному фототоку называется коэффициен­том газового усиления, который мо­жет достигать значения 6...7. Чувствительность газонаполненных фотоэлементов значительно выше вакуумных и составляет 100...250 мкА/лм.

Вольт-амперные характеристики вакуумных и газонаполнен­ных фотоэлементов имеют различный характер кривых насыщения. Преобразование светового потока в ток в ва­куумных фотоэлементах зависит от напряжения питания фото­элемента весьма незначительно, а это значит, что в данном слу­чае динамическое сопротивление фотоэлемента остается прак­тически неизменным.

Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом (фоторезисторы) представляют собой однородную полупроводниковую плас­тинку с контактами, которая под действием светового потока изменяет свое сопротивление. Внут­ренний фотоэффект заключается в появлении свободных элек­тронов, выбитых квантами света из электронных орбит атомов остающихся свободными внутри вещества. Фоторезис­торы имеют высокую чувствительность и линейную вольт - ампер­ную характеристику, т.е. их сопротивление не зависит от приложенного напряжения. Темповое сопротивление, чувствительность, инерционность зависят от температуры.

В зависимости от силы света электрическое сопротивление фоторезистора изменяется в пределах от 100 Ом до 1 кОм. Спектральная чувствительность определяется выбором материала. Фоторезисторы могут иметь самые разнообразные конструктивные решения, обеспечивающие разнообразие возможностей применения. Они обладают высокой удельной чувствительностью (до 7000 мкА/лмВ), что в некоторых случаях дает возможность обойтись без усилителей, низким температурным коэффициентом (-0,2% 1/град), сравнительно боль­шой мощностью рассеивания (0,6...0,7 Вт); имеют практически неограниченный срок службы и достаточно стабильны. К недо­статкам этих фотоэлементов можно отнести значительную инер­ционность и сравнительно высокий уровень шумов.

Фотогальванические преобразователи (фотодиоды и фототран­зисторы) представляют собой активные светочувствительные полупроводники, создающие при поглоще­нии света вследствие фотоэффектов в запорном слое свободные электроны и ЭДС.

Фотодиод (ФД) может работать в двух режимах - фотодиод­ном и генераторном (вентильном). Фототранзистор - полупроводниковый приемник лучистой энергии с двумя и большим чис­лом p-n-переходов, в которых совмещен фотодиод и усилитель фототока.

Фототранзисторы, как и фотодиоды, применяются для пре­образования световых сигналов в электрические. Однако в фото­транзисторах наличие второго p-n-перехода увеличивает соб­ственные шумы. Их чувствительность почти в два раза выше, чем у фотодиодов, и они обладают электрической и технологичес­кой совместимостью с интегральными схемами.

Дата добавления: 2014-01-05