Фоторезистором называется резистор, электрическое сопротивление которого зависит от освещенности.
Действие полупроводниковых фоторезисторов основано на эффекте фотопроводимости, или внутреннем фотоэлектрическом эффекте. Этот эффект заключается в переходе электронов из валентной зоны или с примесных уровней в зону проводимости или из валентной зоны на примесные уровни за счет энергии фотонов, которая при этом должна равняться энергии активации (Еа) соответствующего перехода или превосходить ее. Последнее условие означает, что:
hn > Еа,
где h = 6,67- 10-34 Дж · с – постоянная Планка; ν – частота электромагнитного излучения.
Отсюда вытекает существование красной границы фотоэффекта – максимальной длины волны (lкр), способной вызвать фотоэффект. Красная граница внутреннего фотоэффекта у полупроводников, применяемых в современной технике, часто лежит в области инфракрасных лучей (порядка нескольких микрометров), что позволяет их использовать в качестве датчиков инфракрасного излучения. По мере укорочения длины волны от lкр фотоэффект более или менее быстро затухает из-за усиления поглощения света в поверхностном слое.
Распространенными полупроводниковыми материалами, используемыми для изготовления фоторезисторов, являются: сернистый свинец, сульфид кадмия, селенид кадмия, обеспечивающие чрезвычайно высокую чувствительность к освещению. Свойства фоторезисторов не зависят от полярности приложенного напряжения, что позволяет включать их в цепь переменного тока. Фоторезисторы обычно обладают заметной инерционностью. Фоторезисторы имеют следующие характеристики: статические ВАХ, чувствительность (К), световую характеристику, спектральную характеристику, темновое сопротивление, кратность изменения сопротивления, температурный коэффициент фототока, постоянную времени фототока.
Статические ВАХ (рис. 1.10) выражают зависимость постоянного тока, протекающего через фоторезистор, от приложенного напряжения при фиксированных значениях освещенности. Кривая 1 (рис. 1.8) снимается в отсутствие освещения и соответствует темновому току, остальные кривые представляют зависимости светового тока при различной освещенности. Разность между световым и темновым током при данном напряжении на фоторезисторе называется фототоком. ВАХ фоторезисторов линейны или близки к линейным.
Чувствительность (К) – это отношение приращения фототока к вызывающему его приращению светового потока, падающего на фоторезистор в отсутствие сопротивления нагрузки. Обычно указывается интегральная чувствительность, измеряемая при освещении фоторезистора стандартной лампой накаливания с цветовой температурой 2850 К. Поскольку фототок зависит еще от приложенного напряжения и, кроме того, чувствительность оказывается прямо пропорциональна напряжению, то пользуются понятием удельной чувствительности (Ki) при напряжении 1 В.
Значения К для различных типов фоторезисторов заключены в пределах от сотен микроампер до сотен миллиампер на 1 лм и 1 В, а величина К при максимальных рабочих напряжениях достигает единиц ампер на 1 лм.
Световая характеристика (рис. 1.11) показывает зависимость фототока от освещенности. Обычно эта характеристика несколько отклоняется от линейной, и на ней обнаруживается уменьшение чувствительности с ростом освещенности.
Спектральная характеристика выражает относительное (в процентах) изменение фототока в зависимости от длины волны падающего на фоторезистор света. Различают общий диапазон волн, к которым чувствителен фоторезистор (например, в пределах снижения фототока до 10 % максимального значения) и волну основного максимума. Полупроводниковые фоторезисторы, изготовленные из различных материалов, работают в чрезвычайно широком диапазоне волн: от инфракрасных лучей до рентгеновских и гамма-лучей.
Темновое сопротивление (Кт) – это сопротивление, обусловленное темновым током. Обычно составляет единицы – десятки мегаом.
Кратность изм
