Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

ФОТОРЕЗИСТОРЫ

Министерство образования Российской Федерации

КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н.ТУПОЛЕВА

КНИТУ-КАИ

Оптоэлектроника

Лабораторная работа №1

Исследование характеристик фоторезисторов и фотодиодов

Казань 2012

Министерство образования Российской Федерации

КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н.ТУПОЛЕВА

КНИТУ-КАИ

Оптоэлектроника

Лабораторная работа №1

для студентов очной и заочной формы обучения

Исследование характеристик фоторезисторов и фотодиодов

Казань 2012

Цель работы:

1. Ознакомиться с принципом действия фоторезисторов и фотодиодов и схемами их включения.

2. Экспериментально исследовать характеристики фоторезисторов и фотодиодов.

ВВЕДЕНИЕ

Фоторезисторы и фотодиоды относятся к фотоприемным устройствам, принцип действия которых основан на внутреннем фотоэффекте. Внутренний фотоэффект заключается в переходе электронов в объеме освещаемого материала в возбужденные состояния под действием фотонов без выхода электронов за пределы облучаемого тела. Фотоэлектронные приемники применяются в различных областях науки и техники, в частности, в ядерной физике, автоматике, космической технике, оптических системах связи, бытовой радиоэлектронной аппаратуре.

ФОТОРЕЗИСТОРЫ

Фоторезисторы представляют собой пластинки или пленки фотоактивного полупроводникового материала, снабженные двумя невыпрямляющими контактами. Действие фоторезистора основано на явлении фотопроводимости - изменении электропроводимости приемника при его облучении. Во многих случаях количественной мерой фото­проводимости является фототок фоторезистора. Фототок - это разность токов в электрической цепи, в которую включен фоторезистор, при наличии и отсутствии освещения.

Величина фототока зависит от интенсивности освещения полупроводника, от приложенного напряжения, размера контактов, расстояния между ними, способа освещения - в продольном (рис.1,а) или поперечном (рис.1,б) направлении по отношению к направлению электрического поля.

Рис.1 Фоторезисторы: а-с продольной проводимостью;

б- с поперечной проводимостью.

Фоторезисторы обычно включают в цепь постоянного или переменного тока последовательно с сопротивлением нагрузки (рис.2).

Рис.2 Схема включения фоторезистора

Вольт-амперные характеристики фоторезисторов, как при облучении, так и без облучения линейны. Изменение потока излучения изменяет угол наклона этих характеристик (рис.3).

Энергетические характеристики фоторезистора в общем случае нелинейны из-за зависимости времени жизни носителей заряда от величины потока излучения. Если энергетические характеристики фоторезистора построены в зависимости от освещенности их поверхности, а не от величины потока излучения, то их называют люкс-амперными. В качестве примера на рис.4 приведены люкс-амперные характеристики сернисто-кадмиевого фоторезистора (CdS) типа ФCK-1. Максималь­ная кривизна характеристики, а следовательно, и чувствительность фоторезистора соответствуют области малых значений освещенности. С увеличением освещенности чувствительность падает.

Рис.3. Вольт-амперные характеристики фоторезисторов: 1 – отсутствие облучения; 2,3 – при облучении различными по величине потоками Ф: Фз > Ф2

Рис.4 Люкс-амперные характеристики фоторезисторов

Рис.5 Спектральные характеристики оторезисторов

Спектральная характеристика фотоприемников - это зависимость их чувствительности (фототока) от длины волны монохроматического излучения, освещающего фоточувствительную площадку. Спектральные характеристики фоторезисторов имеют ярко выраженный максимум (рис.5).

Чувствительность фоторезисторов равна отношению фототока к величине светового потока, поступающего на фоторезистор:

Чувствительность определяется материалом, размерами и существенно зависит от режима работы фоторезистора. Токовая чувствительность линейно возрастает с повышением напряжения и изменя­ется при изменении потока излучения, так как энергетические характеристики фоторезистора нелинейны. Чувствительность снижается при увеличении частоты модуляции входного амплитудно-модулированного оптического сигнала из-за инерционности фоторезистора, а также зависит от температуры.

Среднее значение "постоянной времени фоторезисторов лежит в диапазоне от единиц микросекунд до сотен миллисекунд. Обычно указываются две временные характеристики: время нарастания tн время спада tcп фототока (рис.6).

Рис.6. Форма импульсов фототока при освещении фоторезистора

прямоугольным световым импульсом

Время нарастания – это время с момента начала облучения фоторезистора прямоугольным световым импульсом, за которое фототок достигает величины 0,63 от своего максимального значения. Время спада – это время, за которое фототок уменьшается в 2,718 раза после окончания светового импульса. С ростом освещенности инерционность фоторезистора уменьшается, причем сильнее при малых уровнях освещенности. Это связано с увеличением его проводимости.

Основным материалом, используемым для изготовления промышленных фоторезисторов, служат сульфид и селенид кадмия. Полупроводниковые материалы применяются в виде поликристаллических пленок (фоторезисторы типа ФСК-П, СФ-2, СФ-3), спрессованных таблеток (ФСК), монокристаллических пластинок (ФСК-М).

К преимуществам фоторезисторов следует отнести относительную дешевизну изготовления, широту перекрываемых номиналов сопротивлений, возможность работы в средней и дальней инфракрасных областях спектра. Недостатками фоторезисторов являются значительная инерционность, температурная и временная нестабильность характеристик.