Внутреннем сопротивлении

Приборы, чувствительные к свету, называют фотоприемниками. Действие полупроводниковых фотоприемников основано на внутреннем фотоэффекте.

Фотоэлектрический полупроводниковый приемник излучения — фоточувствительный полупроводниковый прибор, принцип действия которого основан на внутреннем фотоэффекте в полупроводнике.

§ 13.17. Фоторезистор и фотодиод. Фоторезистор — это резистор, управляемый световым потоком Ф. Действие его основано на внутреннем фотоэффекте. ВАХ при неизменном потоке показана на 13.27, а, люкс-амперная характеристика при неизменном напряжении — на 13.27, б, спектральная характеристика / = /(Я.) (ток — в относительных единицах, К — длина волны) при неизменном U и Ф — на 13.27, в, частотная характеристика / = ф(/) при неизменном Ф и U — на \о.27, s.

бота фотоэлектрических приемников основана на внутреннем фотоэффекте — образовании неравновесных носителей заряда внутри полупроводниковой структуры под действием оптического излучения. Подавляющая часть фотоэлектрических приемников использует две формы внутреннего фотоэффекта, которые называются фоторезистивным и фотогальваническим эффектом (см. §7.2, 7.3).

При внутреннем фотоэффекте (фотопроводимости) анергия светового потока (энергия фотонов) сообщает электронам облучаемого полупроводника дополнительную энергию и они, не покидая облучаемое вещество, переходят из валентной зоны в зону проводимости, увеличивая проводимость полупроводника главным образом в тонком поверхностном его слое, В зависимости от типа полупроводника, его температуры, наличия примесей и величины напряженности электрического поля фотопроводимость возникает на различных участках электромагнитного спектра.

§ 1.17. Фоторезисторы (фотосопротивления). Фоторезисторы (ФР) представляют собой управляемые сопротивления, действие которых основано на внутреннем фотоэффекте и на эффекте ионизации атомов вещества электронами, возникающими в результате воздействия светового потока. Наиболее чувствительными к изменению светового потока, стабильными в работе и малоинерционными являются ФР сернистосвинцовые (тип ФСА), сер-нисто-и селенокадмиевые (тип ФСК), сульфидно-кадмиевые и ФР на основе селенида кадмия (тип ФСД).

Принцип действия этих приборов основан на внешнем или внутреннем фотоэффекте. Внешний фотоэффект состоит в поглощении квантов света атомами вещества, подвергаемого облучению. Энергии кванта света, сообщенной какому-либо электрону возбужденного атома при определенных условиях, оказывается достаточно, чтобы он, покинув пределы вещества, стал свободным. Внутренний фотоэффект наблюдается в полупроводниках при их облучении. Образование электрона проводимости также происходит в результате поглощения атомом полупроводника энергии кванта света. В отличие от внешнего при внутреннем фотоэффекте электрон проводимости остается в пределах кристаллической структуры вещества.

Фотодиоды. Принцип действия фотодиодов основан на внутреннем фотоэффекте, состоящем в генерации под действием света электронно-дырочных пар в р-п переходе, в результате чего увеличивается концентрация основных и неосновных носителей заряда в его объеме. Обратный ток фотодиода определяется концентрацией неосновных носителей и, следовательно, интенсивностью облучения. Вольт-амперные характеристики фотодиода ( 57, а) показывают, что каждому значению светового потока Ф соответствует определенное значение обратного тока. Такой режим работы прибора называют фотодиодным.

Фотоэлектрический полупроводниковый приемник излучения — фоточувствительный полупроводниковый прибор, принцип действия которого основан на внутреннем фотоэффекте в полупроводнике.

Первые сообщения о внутреннем фотоэффекте отно-

Внутренним фотоэффектом называют явление, происходящее внутри твердого тела при его взаимодействии со световым потоком и приводящее к перераспределению электронов по энергетическим уровням и изменению электрических свойств освещаемого образца — его электрической проводимости и внутреннего электрического поля. В отличие от внешнего фотоэффекта, заключающегося в эмиссии электронов, при внутреннем фотоэффекте происходит изменение только энергетического состояния электронов, приводящее к изменению концентрации свободных носителей заряда, а также к перераспределению их внутри тела. Внутренний фотоэффект характерен только для полупроводников и диэлектриков, тогда как внешний фотоэффект наблюдается и при освещении проводников.

При внутреннем фотоэффекте первичным процессом является световая инжекция (оптическая генерация) избыточных носителей заряда. Образование неравновесных носителей заряда здесь происходит при поглощении энергии фотонов. Этот процесс зависит как от внешних факторов (освещенности и длины световой волны), так и от внутренних (геометрической формы, коэффициентов поглощения, диффузии и рекомбинации).

падение напряжения во внутреннем сопротивлении и напряжение данного элемента. Так, для той же цепи 1.1, а получим

Как видно, при неизменных значениях ЭДС ? и внутреннего сопротивления г„ ток в цепи зависит от сопротивления г приемника. Напряжение источника U (равное в данной цепи напряжению приемника) меньше его ЭДС на падение напряжения I -г0 во внутреннем сопротивлении источника.

Правая часть (1.16) содержит потери мощности во внутреннем сопротивлении 12г0 и мощность, потребляемую приемником 12-г. Очевидно, произведение EI представляет собой мощность, вырабатываемую источником, т. е. электрическую мощность, преобразуемую им из другого вида мощности; например, если это генератор, - из механической мощности.

Если из вырабатываемой мощности вычесть потери мощности во внутреннем сопротивлении источника 12г0, получим мощность U1, отдаваемую источником во внешнюю цепь, что нашло свое отражение в (1.17). Мощность, отдаваемая источником в данной цепи, равна мощности, потребляемой приемником, U1 = 12г.

Из (1.29) следует, что ЭДС ?2 приемника меньше его напряжения [/-на падение напряжения 1г02 на ею внутреннем сопротивлении г02.

Если из мощности, потребляемой приемником, вычесть потери мощности 12г02 в его внутреннем сопротивлении г02 [см. (1.31)], получим мощность Р„Р=Е21, преобразуемую из электрической в другие виды мощности, кроме теплоты. Например, если это электродвигатель, — в механическую мощность.

Как видно, ток получается больше тока короткого замыкания, падение напряжения во внутреннем сопротивлении оказывается равным сумме V и Е2, потери мощности в нем получаются равными сумме потребляемой UI и вырабатываемой ?2/ мощностей и так как мощность, преобразуемая из электрической, Рпр = Е21 < 0, то на самом деле в двухполюснике атЪ происходит преобразование мощности в электрическую из другого вида мощности, например, если это двигатель,— из механической мощности.

которой соответствует прямая на 1.9, а. Уменьшение напряжения источника при увеличении тока объясняется увеличением падения напряжения на его внутреннем сопротивлении гвт. При напряжении ?7=0 ток источника равен току короткого замыкания: / =1к=Е/г^.

то напряжение U0 > 0. В этом случае как мощность, развиваемая аккумулятором, так и мощность первичной цепи трансформатора имеет положительные значения. Энергия, поступающая из сети переменного тока и аккумулятора, преобразуется в тепловую энергию, которая рассеивается во внутреннем сопротивлении г последнего.

Небольшое значение входного сопротивления является главным недостатком усилительного каскада с ОЭ. Это увеличивает ток источника сигнала и мощность потерь в его внутреннем сопротивлении.

уравновешивается э. д. с. — Ё\, другая, меньшая часть, — падением напряжения на внутреннем сопротивлении Zj = г4 + /*ь*.