Методические указания

Фотоэлектронным называют прибор, в котором под действием электромагнитного излучения изменяется его электропроводность или появляется ЭДС. Принцип действия таких приборов основан на явлениях внешнего и внутреннего фотоэффектов.

Внешний фотоэффект- это явление выхода электронов с поверхности металла под действием светового излучения.

В полупроводниках наблюдается внутренний фотоэффект, связанный с изменением электрической проводимости вещества при облучении за счет изменения числа свободных носителей заряда (электронов и дырок).

Фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы и фототиристоры относятся к полупроводниковым приемникам излучения. Их работа основана на использовании внутреннего фотоэффекта.

Фоторезистором называют полупроводниковый прибор, сопротивление которого меняется под действием излучения. Фоторезисторы широко применяются как датчики освещенности в автоматике и измерительной технике.

Фотодиод представляет собой полупроводниковый прибор с р-п переходом. Может работать в одном из двух режимов:

Ø Фотопреобразовательный, когда в цепь фотодиода включается внешний источник, смещающий р-п- переход диода в обратном направлении. В этом режиме под действием падающего на фотодиод света происходит возрастание его обратного тока за счет генерации дополнительных пар носителей заряда электрон-дырка.

Ø Генераторный режим, когда фотодиод включается на нагрузку без внешнего источника. ЭДС между выводами фотодиода создается за счет разделения возникающих носителей заряда внутренним полем р-п перехода. Фотодиод, работающий в генераторном режиме, называют фотоэлементом. Он преобразует световую энергию в электрическую. По такому же принципу работают солнечные батареи.

Фототранзистором называют полупроводниковый прибор с тремя выводами, ток которого зависит от излучения. Фототранзисторы могут быть биполярными и полевыми. Биполярный транзистор имеет базу, эмиттер и коллектор с соответствующими выводами. В отличие от обычных транзисторов в фототранзисторах предусмотрена возможность освещения базы.

Фототиристоры представляют собой четырехслойные полупроводниковые структуры, которые управляются световым потоком. Чем больше световой поток, тем при меньшем прямом напряжении включается тиристор.

Фототиристоры успешно применяют в системах автоматики и управления для включения электрических цепей по световому сигналу. Важное достоинство тиристоров – отсутствие электрической связи между цепью управления и включаемой цепью.

Вопросы для самоконтроля

1. Сформулируйте основные законы фотоэффекта.
2. В чем отличие внешнего фотоэффекта от внутреннего?
3. Как устроен элемент с внешним фотоэффектом?
4. Объясните устройство фоторезистора.
5. На чем основан принцип действия фотодиода?
6. Назовите технические устройства, в кторых применяются фтооэлектронные приборы.

Литература: [1] §17.1-17.5