АГЕНТство ПО образованиЮ Российской Федерации
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ЛАБОРАТОРНЫЙ
8
Лабораторная работа № 8
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ФОТОРЕЗИСТОРА
Хабаровск 2009
Лабораторная работа № 8
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ФОТОРЕЗИСТОРА
Цель работы: Исследование основных характеристик фоторезистора.
Приборы и материалы: Фотосопротивление ФС-К1, монохроматор УМ-2, источник постоянного регулируемого напряжения (ИРН), микроамперметр М-95 с шунтом Р-4, стабилизированный блок питания источника света, лампа накаливания К12, набор светофильтров с известным коэффициентом пропускания, вольтметр.
Теоретическая часть
Фоторезистор – это фотоэлектрический прибор с двумя выводами, сопротивление которого изменяется под действием излучения. Его используют в оптоэлектронных парах, оптических приемниках инфракрасного диапазона, первичных преобразователях измерительных систем и др.
Принцип работы фоторезистора и схема его включения поясняются на рис. 1,а. При световом потоке Ф = 0 сопротивление фоторезистора порядка 106–107 Ом. Импульс светового потока (рис. 1,б) генерирует в фоторезисторе Rф оптически возбужденные носители, снижающие его сопротивление на время жизни носителя. Пропорционально световому потоку возрастает на значение Iф ток во внешней цепи. На резисторе RН происходит изменение напряжения на выходной сигнал простейшего фотоприемника DUвых. = IфRН. Процесс нарастания и спада фототока в относительных величинах показан на рис. 1,в.
Параметрами фоторезистора являются токовая и вольтовая чувствительность, постоянные времени нарастания tнр. и спада tсп фототока, темновое сопротивление Rtm, пороговый поток (пороговая мощность) или обнаружительная способность, допустимая рассеиваемая мощность Рмакс., рабочее напряжение Up и предельно допустимое напряжение Uмакс., рабочая длина волны или диапазон рабочих волн. Некоторые из перечисленных параметров аналогичны по физическому смыслу параметрам фотодиодов и фототранзисторов. Токовая чувствительность фоторезистора определяется квантовым выходом полупроводника, подвижностью носителей, временем их жизни, а так же коэффициентами поглощения и отражения светового потока и, наконец, размерами и конструктивными параметрами ЧЭ фоторезистора. Различают чувствительные элементы фоторезисторов с поперечной (рис. 2,а; б; в) и продольной (рис. 2,г) фотопроводимостью. В чувствительном элементе с поперечной проводимостью направления фототока, и светового потока взаимно перпендикулярны, а в элементе с продольной проводимостью – параллельны. В рассмотренных структурах 1 – стеклянная подложка; 2 – золотые или платиновые выводы; 3 – фоточувствительный слой полупроводника Гребенчатая структура выводов сокращает время пролета между электродами, но затеняет площадь чувствительных элементов.
Рис. 1 Принцип работы фоторезистора: а) схема включения б) световой импульс в) импульс тока
Рис. 2 Типы чувствительных элементов (ЧЭ) фоторезисторов
Чувствительность фоторезистора прямо пропорциональна времени жизни носителей и коэффициенту усиления по току.
Постоянные времени нарастания tнр. или спада tсп. фототока – это время, в течение которого фототок изменяется в е раз (е – основание натурального логарифма) от установившегося значения при Ф = const. Постоянные времени нарастания tнр. и спада tсп. фототока (рис, 1, в) характеризуют инерционность фоторезистора, связанную со временем жизни носителей. Граничная частота фоторезистора обратно пропорциональна времени жизни, т. е. fгр. = (2pt)–1 При одинаковом времени пролета tпр. фоторезистор с высокой чувствительностью более инерционен.
Предельная монохроматическая обнаружительная способность любого фотоприемника обусловлена фотонными шумами фонового излучения с потоком Фф.
Реальная обнаружительная способность ограничена собственными шумами фоторезистора Для ее увеличения фоторезисторы охлаждают, а также с помощью экранов различных конструкций снижают фоновое излучение.
Темновое сопротивление Rtm – это сопротивление фоторезистора при световом потоке Ф = 0.
Параметром семейства ВАХ (рис. 8.3) является световой поток. Вольтамперная характеристика фоторезистора – это нелинейная зависимость I = gU , где g – проводимость. При малых напряжениях ВАХ может быть квадратичной из-за потенциальных барьеров в контактах между отдельными зернами ЧЭ, между полупроводниковым слоем и выводами фоторезистора. При больших напряжениях изменяется значение коэффициента усиления, разогревается фоторезистивный слой и т. д., поэтому ВАХ линейна при заданном световом потоке в ограниченной области напряжений. С ростом светового потока пропорционально увеличивается наклон ВАХ до тех значений светового потока Ф, пока изменение времени жизни носителей или разогрев фоторезистора не повлияет на фотопроводимость прибора.
Рис. 8.3 Вольтамперная характеристика Рис. 8.4. Частотная характеристика
Частотная характеристика чувствительности фоторезистора – это зависимость его токовой и вольтовой чувствительности от частоты модуляции светового потока. Нормированные частотные характеристики чувствительности представлены на рис. 8.4. Граничная частота fгр., определяемая в основном временам жизни носителей, соответствуют уровню 0,707 Si(0), где Si(0) – значение чувствительности на низких частотах.
Рис. 5 Спектральная характеристика фоторезисторов
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.