Фоторезисторы

Фоторезисторы изготовляются на основе сульфида кадмия, селенида кадмия, сернистого свинца, а также поликристаллических слоев сернистого и селенистого кадмия. Конструкции фоторезисторов разнообразны. Светочувствительные элементы обычно помещаются в пластмассовый или металлический корпус, а в отдельных случаях, когда требуются малые габариты, выпускаются без корпуса.

Фоторезистор включается в цепь последовательно с источни­ком напряжения и сопротивлением нагрузки.

Если фоторезистор находится в темноте, то через него течет темновой ток:

где Е — э. д. с. источника питания; R_т — величина электрического сопротивления фоторезистора в темноте, называемая темновым сопротивлением, R_Н — сопротивление нагрузки.

При освещении фоторезистора энергия фотонов расходуется на перевод электронов в зону проводимости. Количество свободных электронно-дырочных пар возрастает, сопротивление фоторезистора падает и через него течет световой ток:

Разность между световым и темновым током дает значение тока I_ф, получившего название первичного фототока проводимости:

Когда лучистый поток мал, первичный фототок проводимости практически безынерционен и изменяется прямо пропорционально величине лучистого потока, падающего на фоторезистор. По мере возрастания величины лучистого потока увеличивается число электронов проводимости. Двигаясь внутри вещества, электроны сталкиваются с атомами, ионизируют их и создают дополнительный поток электрических зарядов, получивший название вторичного фототока проводимости. Увеличение числа ионизированных атомов тормозит движение электронов проводимости. В результате этого изменения фототока запаздывают во времени относительно изменений светового потока, что определяет некоторую инерционность фоторезистора.

Основными характеристиками фоторезисторов являются:

Вольтамперная, характеризующая зависимость фототока (при постоянном световом потоке Ф) или темнового тока от приложенного напряжения. Для фоторезисторов эта зависимость практически линейна (рис. 5, а).

Световая (люксамперная), характеризующая зависимость фототока падающего светового потока постоянного спектрального состава. Полупроводниковые фоторезисторы имеют нелинейную амперную характеристику (рис. 5, б). Наибольшая чувствительность получается при малых освещенностях. Это позволяет использовать фоторезисторы для измерения очень малых интенсивностей излучения. При увеличении освещенности световой ток растет примерно пропорционально корню квадратному из освещенности. Наклон люксамперной характеристики зависит от приложенного к фоторезистору напряжения.

Спектральная, характеризующая чувствительность фоторезистора при действии на него потока излучения постоянной мощности определенной длины волны. Спектральная характеристика определяется материалом, используемым для изготовления светочувствительного элемента. Сернисто-кадмиевые фоторезисторы имеют высокую чувствительность в видимой области спектра, селенисто-кадмиевые — в красной, а сернисто-свинцовые—в инфракрасной (рис. 5, в).

Частотная, характеризующая чувствительность фоторезистов при действии на него светового потока, изменяющегося с определенной частотой. Наличие инерционности у фоторезисторов приводит к тому, что величина их фототока зависит от частоты модуляции падающего на них светового потока — с увеличением частоты светового потока фототок уменьшается (рис. 5, г).

Основные параметры фоторезисторов:

Рабочее напряжение U_р — постоянное напряжение, приложенное к фоторезистору, при котором обеспечиваются номинальные параметры при длительной его работе в заданных эксплуатацион­ных условиях.

Максимально допустимое напряжение фоторезистора U_max - максимальное значение постоянного напряжения, приложенного к фоторезистору, при котором отклонение его параметров от номинальных значений не превышает указанных пределов при длительной его работе в заданных эксплуатационных условиях.

Рис. 5. Характеристики фото резисторов:

а) вольтамперная; б) световая; в) спектральная; г) частотная

Темновое сопротивление R_T — сопротивление фоторезистора в отсутствие падающего на него излучения в диапазоне его спектральной чувствительности.

Световое сопротивление R_с — сопротивление фоторезистора измеренное через определенный интервал времени после начала воздействия излучения, создающего на нем освещенность заданного значения.

Кратность изменения сопротивления К_R — отношение темнового сопротивления фоторезистора к сопротивлению при oпpеделенном уровне освещенности (световому сопротивлению).

Допустимая мощность рассеяния — мощность, при которой не наступает необратимых изменений параметров фоторезистора в процессе его эксплуатации.

Общий ток фоторезистора - ток, состоящий из темннового тока и фототока.

Фототок — ток, протекающий через фоторезистор при указанном напряжении на нем, обусловленный только воздействием потока излучения с заданным спектральным распределением.

Удельная чувствительность — отношение фототока к произведению величины падающего на фоторезистор светового потока на приложенное к нему напряжение:

где I_ф — фототок, равный разности токов, протекающих по фоторезистору в темноте и при определенной освещенности, мкА; Ф — падающий световой поток, лм; U — напряжение, приложенное к фоторезистору, В.

Интегральная чувствительность — произведение удельной чувствительности на предельное рабочее напряжение:

Постоянная времени τ_ф — время, в течение которого фототок изменяется на 63 %, т. е. в е раз (е ≈ 2,718).

Постоянная времени характеризует инерционность прибора.