Фотодиоды и вентильные фотоэлементы
Это приборы, которые имеют один p-n-переход и могут работать с внешним источником питания и без него. В первом случае они называются фотодиодами, а во втором – вентильными фотоэлементами. Схема включения фотодиода представлена на рис. 6.7.
В этой схеме к фотодиоду прикладывается обратное напряжение (Uп). При подаче светового потока за счет фотогальванического эффекта величина обратного тока возрастает и на сопротивлении появляется напряжение Uвых. Вольтамперная характеристика фотодиода (рис. 6.8) может быть представлена следующим уравнением
,
где Iф – фототок, вызванный дополнительными носителями, образовавшимися на p-n-переходе за счет светового потока.
Значительное изменение тока в обратной ветви позволяет использовать фотодиод в схемах измерения светового потока, а также физических величин, связанных с изменением светового потока, т.е. в тех же случаях, что и фоторезистор. Однако фотодиод имеет значительно лучшие частотные свойства, что расширяет область его применения. Спектральная, световая и частотные характеристики имеют такой же вид, что и фоторезисторы, также как и основные параметры, поэтому здесь не рассматриваются. Конструкция подобна обычному диоду, только в корпусе предусмотрено светопроницаемое окно, через которое свет попадает на p-n-переход.
 |
Вентильные фотоэлементы могут быть получены путем диффузии акцептора на монокристалл кремния n-типа или донора на монокристалл кремния р-типа. Толщина слоя присадки составляет единицы микрон, поэтому этот слой является проницаемым для света. Для защиты от внешней среды p-n-переход помещают в пластмассовый корпус и рабочую поверхность покрывают лаком, прозрачным для той области спектра, в которой должен работать данный элемент. Схема включения фотоэлемента изображена на рис. 6.9. Основной характеристикой является световая характеристика, представленная на рис. 6.10.
|
|
|
 |
С увеличением величины нагрузочного сопротивления фототок фотоэлемента уменьшается. Спектральная характеристика имеет такой же вид, как и у фоторезистора, но максимум ее находится в области спектра, близкого к области максимума распределения энергии в солнечном спектре. К основным параметрам относятся интегральная чувствительность и коэффициент полезного действия, т.е. отношение максимальной мощности, которую можно получить от фотоэлемента, к общей мощности излучения, падающей на фотоэлемент. КПД кремниевых элементов составляет 10–20 %. Напряжение холостого хода одного элемента порядка 0,5 В, ток короткого замыкания единицы мА. Собирая фотоэлементы в батареи, можно получить достаточно большую мощность и напряжения на выходе этой батареи. Современная технология дает возможность создавать матричные батареи, представляющие собой пластину кремния с большим количеством соединенных между собой микрофотоэлементов. Такие солнечные батареи позволяют получить десятки киловатт полезной мощности с квадратного метра. Используются вентильные фотоэлементы в тех случаях, когда другие виды получения электрической энергии невозможны (спутники, космические станции, высокогорные обсерватории и т.д.).
|
|
|
Фототранзисторы
Конструктивно они устроены также, как и обычные транзисторы, только в корпусе предусмотрено светопроницаемое окно и толщина эмиттера является проницаемой для светового потока, который облучает база-эмиттерный переход. В этом случае за счет фотогальванического эффекта на переходе появляются дополнительные носители, которые усиливаются транзистором, создавая коллекторный ток в b раз больше базового тока. Вольтамперная характеристика (рис. 6.11) имеет такой же вид, что и в обычных транзисторах, но семейство характеристик получается при разных световых потоках (Ф).
|
|
|
Спектральная, световая, частотная характеристики и параметры аналогичны характеристикам и параметрам фотосопротивления. Основное достоинство – большая интегральная чувствительность. Схема включения представлена на рис. 6.12.
 | |||
 | |||
В данной схеме вывод базы отсутствует. В некоторых фототеристорах база выводится наружу. В этом случае на базу можно подавать напряжение смещения, и, следовательно, можно получить линейный участок характеристик в схемах измерения светового потока или производить температурную компенсацию погрешности.
Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 261; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!