Фотосопротивления

Фотосопротивлениями называют фотоэлектрические приборы, в которых используется свойство полупроводников увеличивать проводимость под действием света.

Электроны полупроводника, связанные с атомами, под действием света переходят в свободное состояние. Для этого требуется значительно меньшая энергия работы выхода, чем для выхода электронов с поверхности металла. Поэтому внутренний фотоэффект может происходить при воздействии светового потока более длинных воли. Для фотосопротивлений используют светочувствительные полупроводники из сернистых соединений свинца, талия, висмута или кадмия.

Устройство фотосопротивления и схема его включения показаны на рис. 66. На изолированное основание (подложку) 1 наносится (обычно методом испарения в вакууме) тонкий слой полупроводника 2. При помощи металлических электродов 5, расположенных по краям полупроводникового слоя, и выводных клемм фотосопротивление включается в электрическую цепь.

Рис. 66. Устройство фотосопротивления и схема его включения в электрическую цепь. 1 — изолированная подложка; 2 — слой полупроводника; 3 — металлические электроды; 4 — источник света.

В темноте через фотосопротивление течет темновой ток

                           (83)

где Е - э. д. с. источника питания;  R_т — темновое сопротивление фотосопротивления; R_н — сопротивление нагрузки.

При воздействии светового потока на полупроводниковый слой его сопротивление становится меньше. Поэтому световой ток фотосопротивления равен

где R_с — световое сопротивление фотосопротивления.

Разность между световым и темновым токами называют фототоком:

                              (84)

На рис. 67 приведена световая характеристика фотосопротивления, представляющая собой зависимость фототока от освещенности поверхности светочувствительного слоя. Под освещенностью ε понимают отношение светового потока Ф к площади освещаемой поверхности полупроводникового слоя Q:                                      (85) Рис. 67. Световая характеристика  фотосопротивления.

Пока световой поток мал, фототок изменяется пропорционально освещенности (световому потоку), так как при малой освещенности его можно практически считать безынерционным. Однако по мере увеличения освещенности рост фототока замедляется и фотосопротивление становится инерционным прибором. Из рассмотрения световой характеристики также следует, что наибольшей чувствительностью фотосопротивление обладает при малой освещенности.

Ток фотосопротивления зависит не только от светового потока, но и от величины приложенного к нему напряжения. Вольт-амперная характеристика фотосопротивления представляет собой зависимость фототока от величины приложенного напряжения при постоянной освещенности поверхности фотосопротивления. Эта зависимость обычно линейна.

Основным параметром фотосопротивления является удельная чувствительность Ку, численно равная фототоку, при освещении поверхности фотосопротивления световым потоком в 1 люмен при разности потенциалов на зажимах фотосопротивления в 1 вольт:

                                    (86)

где К₀ = I_ф/Ф - чувствительность фотосопротивления при R_н=0.

Другими параметрами фотосопротивления являются также диапазон частот, мощность рассеивания и кратность изменения   сопротивления, определяемая отношением R_т-R_с/ R_т.

Фотосопротивления очень стабильны в работе, имеют практически неограниченный срок службы, обладают высокой удельной чувствительностью, доходящей до нескольких тысяч, малогабаритны.

Фотосопротивления находят самое разнообразное применение в различных автоматических устройствах и измерительной технике.