Установить значение U2 путем перемещения ползунка R. Путем перемещения ползунка Ф установить значения Ф , указанные в таб.2, и записать значения Iф.

Содержание работы

Фотосопротивления представляют собой полупроводниковые приборы, сопротивление которых изменяется в зависимости от освещения. Причина фоточувствительности фотосопротивления заключается в явлении внутреннего фотоэффекта, наблюдаемого в некоторых полупроводниках. В отличии от внешнего фотоэффекта, при котором наблюдается выбивание фотоэлектронов проводника под влиянием облучения светом, при внутреннем фотоэффекте наблюдается лишь внутренняя ионизация атомов полупроводникового вещества.

Если при освещении полупроводника светом энергия фотонов hn больше энергии активации DЕ собственного полупроводника, то такой фотон способен перебросить электрон из валентной зоны в зону проводимости. Возникшая при этом пара свободных носителей (электрон-дырка) создаёт проводимость полупроводника. Для возбуждения проводимости примесных полупроводников фотон должен обладать энергией hn ≥ΔE_пр. В донорных полупроводниках фотоны переводят электроны с донорных уровней в зону проводимости, вследствие чего повышается концентрация свободных электронов. В акцепторных полупроводниках фотоны вызывают переход электронов из валентной зоны на акцепторные уровни, что приводит к повышению концентрации дырок.

Таким образом, для возбуждения проводимости полупроводника фотон должен обладать некоторой минимальной энергией. Для собственных полупроводников энергия фотона должна удовлетворять условию

hn ≥ΔE,

а для примесных полупроводников

hn≥ΔE_пр.

Из этих соотношений легко определяется красная граница фотопроводимости λ_кр (λ_кр – максимальная длина волны, при которой ещё наблюдается внутренний фотоэффект). Для собственных полупроводников

, (1)

для примесных полупроводников

. (2)

Здесь c – скорость света в вакууме; h – постоянная Планка.

Добавочная проводимость полупроводника, возникающая при облучении светом, называется фотопроводимостью. После прекращения освещения полупроводника свободные электроны и дырки, возникшие под действием фотонов, довольно быстро рекомбинируют и в полупроводнике остаются только свободные носители, возбуждённые тепловыми колебаниями. Эти носители создают так называемую темновую проводимость фотосопротивления.

С уменьшением температуры полупроводника уменьшается концентрация тепловых носителей тока, следовательно, увеличивается относительная доля фотопроводимости в общей проводимости полупроводника. При этом возрастает также и абсолютная величина фотопроводимости.

Рис. 1. Устройство полупроводникового фотосопротивления.

химическим осаждением) на изолированную подложку 4. По краям слоя 2 напылением в вакууме наносятся металлические электроды 1. Наружная поверхность светочувствительного полупроводникового слоя покрывается тонким слоем прозрачного лака 3 для защиты от внешних воздействий (влага, пыль, газы).

Для характеристики фотосопротивлений вводится ряд параметров: вольт - амперная характеристика, интегральная и спектральная чувствительность, рабочее напряжение, отношение темнового сопротивления (R_тем) к световому (R_св).

Вольтамперная характеристика показывает зависимость силы тока, протекающего через фотосопротивление, от приложенного напряжения при постоянном световом потоке, падающем на фотосопротивление. У большинства фотосопротивлений вольт – амперные характеристики линейны, если напряжение на фотосопротивлении не превышает рабочего.

Интегральная чувствительность K определяется отношением фототока I_ф , протекающего через фотосопротивление, к величине светового потока Ф, падающего на него при постоянном рабочем напряжении U, приложенном к фотосопротивлению

, А ^. лм ^-1 . (3)

Величина фототока находится по формуле

, Ф=const, (4)

где I_св - сила тока, протекающего через фотосопротивление при падении на него светового потока Ф при напряжении U , I_тем - сила тока при том же напряжении, но в темноте.

Кроме интегральной чувствительности вводится удельная интегральная чувствительность K_o, которая представляет отношение интегральной чувствительности к напряжению на фотосопротивлении

, А ^.лм^{-1 .}В ^-1 . (5)

Зависимость фототока I_ф от падающего на фотосопротивление светового потока (при неизменном спектральном составе света) нелинейна (рис.2). Эта зависимость называется световой характеристикой и определяется формулой

I_ф =DФ^α,

где D и α - константы для данного фотосопротивления и 0≤α≤1.

Высокая световая чувствительность фотосопротивлений является их основным преимуществом перед вакуумными фотоэлементами. У селенокадмиевых фотосопротивлений она в 10⁵ раз выше, чем у вакуумных фотоэлементов. Другие преимущества фотосопротивлений: простота конструкций, высокая надёжность, малые габариты и вес, широкий диапазон спектральной чувствительности.

Существенным недостатком фотосопротивлений является их инерционность, что ограничивает возможности применения фотосопротивлений в решении задач, связанных с быстродействующими процессами. Другим недостатком является зависимость от температуры. Подбором состава полупроводника удаётся добиться стабильности работы фотосопротивлений в довольно широком диапазоне температур.

Фотосопротивления получили широкое распространение в автоматике, фотометрии, оптической спектроскопии, в регистрации слабых потоков инфракрасного излучения.

Описание установки

Схема установки для выполнения работы предоставлена на рис.3. Исследуемое фотосопротивление включено в цепь постоянного тока, получаемого от выпрямителя В. Напряжение, подаваемое на фотосопротивление, можно плавно менять с помощью потенциометра R. Освещение фотосопротивления производится с помощью лампы накаливания Л. Фотосопротивление и лампа накаливания помещены в светонепроницаемый кожух (контуры которого изображены на рис.8 штриховой линией) для того, чтобы на фотосопротивление не падал свет от посторонних источников.

Рис. 3

Световой поток, падающий на фотосопротивление, можно изменять посредством вращения диска с набором нейтральных светофильтров НСФ (нейтральным светофильтром называется такой светофильтр, который изменяет интенсивность проходящего через него светового потока, не изменяя спектрального состава последнего), которые помещаются на пути светового пучка, направленного на фотосопротивление. Напряжение, подаваемое на фотосопротивление, измеряется вольтметром V, а сила тока, протекающего через него - микроамперметром мкА.

Темновой ток и фототок отличаются друг от друга на несколько порядков. Для того чтобы эти разные по величине токи можно было измерять одним и тем же прибором, микроамперметр снабжён шунтом R_ш. Шунт понижает чувствительность прибора при изменении фототока, он автоматически подключается к прибору при замыкании ключа K₁ (эта связь условно изображена на рис.3 пунктирной линией). При изменении темнового тока шунт отключается от прибора.

Порядок выполнения работы

1. Начертить в тетради таблицы 1 и 2.

.

Таблица 1

Таблица 2

2. Включить компьютер.

3. Запустить программу lab92. Для этого указать курсором на lab92 и щелкнуть левой кнопкой мышки (в дальнейшем эту команду обозначим L’ на lab92).

Изучить информацию на экране. Вверху слева показаны миллиамперметр, вольтметр, ниже ползунок для перемещения контакта резистора, ползунок для изменения Ф и правее подсказки и таблица.

Снятие ВАХ фотосопротивления

4. Установить значение Ф₁ путем перемещения ползунка Ф. Путем перемещения ползунка R установить значения U, указанные в таб.1, и записать значения I_ф.

5. Установить значение Ф₂ путем перемещения ползунка Ф. Путем перемещения ползунка R установить значения U, указанные в таб.1, и записать значения I_ф.

6. Установить значение Ф₃ путем перемещения ползунка Ф. Путем перемещения ползунка R установить значения U, указанные в таб.1, и записать значения I_ф.

Снятие световой характеристики фотосопротивления

7. L’ на Таблица 2.

8. Установить значение U₁ путем перемещения ползунка R. Путем перемещения ползунка Ф установить значения Ф₁, , указанные в таб.2, и записать значения I_ф.

Установить значение U2 путем перемещения ползунка R. Путем перемещения ползунка Ф установить значения Ф , указанные в таб.2, и записать значения Iф.