Входной тест к УЭ № 6
Выберите правильный ответ. 1. Как называется явление, при котором образуются свободные электроны у поверхности катода, при воздействии на него лучистой энергии? а) электронной эмиссией; б) фотоэлектронной эмиссией; в) вторичной электронной эмиссией Р=3 2. Как называется электрической поле, действующее между анодом и катодом? а) ускоряющим; б) замедляющим; в) направляющим. Р=3 3. Что происходит в полупроводниках при облучении их светом? а) фотоэлектронная эмиссия; б) ионизация; в) генерация подвижных зарядов. Р=3 4. Как изменяется электропроводность в полупроводниках при облучении их светом? а) уменьшается; б) не изменяется; в) увеличивается. Р=3 Общие сведения о фотоэлектронных приборах Электронные приборы, принцип действия которых основан на преобразовании лучистой энергии в электрическую, называются фотоэлектронными или фотоэлектрическими приборами (фотоприемниками). Преобразование лучистой энергии возможно как за счет внутреннего, так и за счет внешнего фотоэффекта. Сущность внутреннего фотоэффекта состоит в образовании электрических зарядов-дырок и электронов внутри полупроводника при облучении светом. На явлении внутреннего фотоэффекта созданы такие приборы, как фоторезисторы, фотодиоды, фототриоды, фототиристоры. По принципу действия фотоэлементы можно разделить на три основные группы: 1. Фотоэлементы с внешним фотоэффектом, в основу которых положен выход электронов с поверхности металла под действием энергии электромагнитного излучения. 2. Фотоэлементы с внутренним фоторезистивным фотоэффектом, в основу которых положено изменение электрического сопротивления полупроводника под действием энергии электромагнитного излучения. Общие понятия о фотоэлектронных приборах с внешним фотоэффектом В приборах с внешним фотоэффектом, (фотоэлементы, фотоэлектронные умножители), получение свободных электронов с поверхности фотокатода обусловлено фотоэлектронной эмиссией. Количество свободных электронов и эмитируемых (испускаемых) катодом, пропорционально световому потоку, облучающему катод: Iф=nе=Кf, где Iф – фототок, мкА; n – число электронов; е – заряд электрона, Ка; К – коэффициент пропорциональности; f – световой поток, лм. Вакуумные и газонаполненные фотоэлементы Конструктивно Ф/Э представляет собой стеклянный баллон, внутри которого помещены фотокатод и анод. Фотокатодом является светочувствительный слой, нанесенный на внутреннюю поверхность баллона. Обычно катод занимает половину поверхности баллона. Остальная часть – прозрачная и служит окном для прохождения света. Анод – никелевое кольцо в центре баллона. Газонаполненные Ф/Э отличаются от вакуумных тем, что баллоны заполняются аргоном.
а) б) Рис. 28
Основными характеристиками Ф/Э являются световая, вольтамперная и спектральная (аналогично фоторезистору). Основным параметром Ф/Э является чувствительность.
Рис. 29.
К = Iф/f, Темновой ток в ФЭ при полном затемнении Iт ¹ 0. У вакуумных ФЭ темновой ток меньше чем у газонаполненных. Вакуумные и газонаполненные ФЭ предназначены для работы в фототелеграфной аппаратуре связи, в звуковоспроизводящей аппаратуре кинематографии, телевидении, автоматике и телемеханике, в контрольных и измерительных приборах, в связи, сигнализации и т.д. Фотоэлектронные умножители Малая интегральная чувствительность ФЭ не позволяет их использовать без последующего усиления напряжения, получаемого на выходе ФЭ. Такой недостаток исключается в фотоэлектронных приборах – фотоумножителях (рис. 30).
а) б) Рис. 46. Рис. 30 Благодаря установке специальных электродов – динодов (катодов вторичных электронов) в фотоумножителях используется явление вторичной эмиссии. В фотоэлектронных умножителях происходит преобразование лучистой энергии, благодаря фотоэлектронной эмиссии – получение первичных электронов и внутреннее усиление – умножение электронного потока за счет вторичной эмиссии. Под действием ускоряющего поля первичные электроны из фотокатода (ФК) (рис. 30) движутся к аноду и сталкиваются с динодом Д1 выбивают из него в m раз электронов больше чем из ФК, далее на пути второй, третий и т.д. диноды, а количество электронов, достигаемых анода, пропорционально коэффициенту усиления Ку=sn, где s – коэффициент вторичной эмиссии, n – число динодов. Фотоприемники с внутренним фотоэффектом Суть внутреннего фотоэффекта состоит в том, что в полупроводнике под действием световой энергии возникают подвижные носители зарядов – пары электронов и дырок. К фотоприемникам с внутренним фотоэффектом относятся: фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, оптроны.
а) б) Рис. 31 Если к возбужденному световым потоком Ф полупроводнику 2 (рис. 32, а), нанесенному на стеклянную пластину 1 и снабженному металлическими электродами 3, приложить напряжение Uф, то по цепи будет проходить фототок Iф. Выходное напряжение Uвых используется для воздействия на последующие элементы электроники. На рис. 36 б показано условное обозначение фоторезистора. Для изготовления фоторезисторов применяют сернистые и селенистые соединения кадмия или свинца.
а) б) Рис. 32 Вольтамперная характеристика – зависимость фототока и темнового тока (ф=0) от напряжения (рис. 32 б), при постоянной освещенности. Спектральная характеристика – зависимость фототока от длины волны света. Основные параметры фоторезисторов: 1. Темновой ток Iт. 2. Темновое сопротивление Rт (200С). 3. Световой ток Iсв – ток при номинальном напряжении и освещенности 200 лк (люкс). 4. Фототок Iф – разность между Iсв–Iт. 5. Удельная чувствительность К0 – отношение фототока к произведению величины светового потока и приложенного напряжения К0=Iф/ ф·U. 6. Пороговая чувствительность – минимальный световой поток f, вызывающий появление фототока. 7. Рабочее напряжение. 8. Рдоп – допустимая рассеиваемая мощность. Главное достоинство фоторезисторов – высокая удельная интегральная чувствительность.
|
На рис. 28 а – УГО вакуумного Ф/Э и рисунке 28 б – газонаполненного Ф/Э.
Под действием светового потока из фотокатода вылетают электроны. Они попадают в ускоряющее поле анода и, достигая его, создают во внешней цепи ток Iф, пропорциональный интенсивности светового потока (рис. 29).
Фоторезисторами называются полупроводниковые приборы, электрическое сопротивление которых изменятся под действием светового потока. Принцип их действия основан на использовании явления внутреннего фотоэффекта. Сущность его состоит в том, что под действием световой энергии в полупроводнике возникают дополнительные носители зарядов – электроны и дырки, т.е. образуется дополнительная проводимость, называемая фотопроводимостью полупроводника. Сопротивление полупроводника при этом уменьшается.
Основными характеристиками фоторезисторов являются: световая, вольтамперная и спектральная. Световая характеристика – зависимость фототока от освещенности при постоянном напряжении, она не линейна (рис. 32 а).
