Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
60
ИЗУЧЕНИЕ ФОТОСОПРОТИВЛЕНИЙ
Цель работы: изучение вольт-амперных и световых характеристик фотосопротивления.
Приборы и принадлежности; фотосопротивление, осветитель, выпрямитель, переменное сопротивление, амперметр, вольтметр.
Фотосопротивление (ФС) - устройство, сопротивление которого меняется под действием света за счет явления внутреннего фотоэффекта. Это явление наблюдается в диэлектриках и полупроводниках.
Внутренний фотоэффект заключается в обусловленном действием света перераспределении электронов по энергетическим уровням. Если энергия кванта h превышает ширину запрещенной зоны W ,то поглотивший квант электрон переходит из валентной зоны (В.з.) в зону проводимости (З.пр.) (рис. 1,а), В результате появляется дополнительная пара носителей тока (электрон - дырка), что проявляется в увеличении электропроводности вещества.
Рис. 1
Если в веществе имеются примеси, то под действием света электроны могут переходить из валентной зоны на уровни примеси (рис.1,б) или с примесных уровней в зону проводимости (рис. 1,в). В первом случае возникает дырочная, во втором - электронная фотопроводимость.
Количество носителей тока, образующихся под действием света, пропорционально падающему световому потоку, поэтому ФС применяются для целей фотометрии, т.е. для обнаружения и измерения светового излучения.
Фотосопротивление (рис. 2) представляет собой обычное омическое сопротивление, состоящее из слоя полупроводника 2, нанесенного на изолирующую подложку 1 и заключенного между двумя токопроводящими электродами 3 . Приемная площадь ФС обычно защищена пленкой прозрачного лака. В некоторых типах ФC рабочий слой делают из монокристалла.
Рис. 2
ФС имеют высокие стабильные параметры, и их чувствительность гораздо больше, чем у фотоэлементов, в которых используется фотоэффект. Они широко используются для сигнализации и автоматизации.
К числу основных характеристик ФС относятся вольт-амперная и световая характеристики.
Вольт-амперная характеристика выражает зависимость фототока (при постоянном световой потоке) или темнового тока от приложенного напряжении U. Для большинства фотосопротивлений в рабочем режиме эта эависимость фактически нелинейна. Рабочим называется режим, при котором приложенное напряжение является рабочим напряжением, т.е. напряжением, которое можно прилагать к ФС при длительной эксплуатации без изменения его параметров свыше установленных. Под фототоком понимают разность между световым Ic (источник света включен) и темновым Iт (источник света отключен) токами: Iф = Ic + Iт.
Световая характеристика, выражает зависимость фототока от падающего на ФС светового потока постоянного спектрального состава при постоянном приложенном напряжении. Световые характеристики ФС нелинейны.
Порядок выполнения работы
Снятие вольт-амперной характеристики
I. Собрать электрическую схему, представленную на рис. 3. Установить ФС на максимально возможное расстояние от осветителя.
Рис.3
2. Снять темновую вольт-амперную характеристику фотосопротивления, для чего, не включая источник света, изменять напряжение от 0 до 6 В через 0,5 В, при этом фиксировать значения силы тока Iт . Результаты записать в табл. I
Таблица I
|
№ п/п |
U |
Iт |
Ic |
Iф = Ic - Iт |
|
мА |
||||
|
1. 2. 3. … |
3. Включить источник света. При неизменной освещенности (расстояние ФС от источника света постоянно), устанавливая те же значения напряжения, что и в п.2, снять значения силы тока освещенного фотосопротивления. Результаты записать в табл. I.
4. Найти значений фототока Iф = Ic - Iт и заполнить табл. I.
5. Построить графики зависимости темнового тока и фототока от напряжения: Iт = f(U) ; Iф = f(U).
Снятие световой характеристики
1. Установить на ФС напряжение U1 = 2 В н поддерживать его постоянным.
2. Изменять расстояние от ФС до источника света в пределах от 45 до 75 см через 5 см. Измерить значения силы тока и записать в табл. 2. (Освещенность E, создаваемая лампой, изменяется по закону E = (I/r2)cos, где I - сила света источника, r - раcстояние от лампы до ФС; - угол падения световых лучей на ФС. Так как в данной работе I и постоянны, то освещенность E пропорциональна 1/r2.)
Таблица 2
|
N Пп |
U, В |
1/r2, м-2 |
I, мА |
R |
1/r2, м-2 |
I, мА |
|
U1 = 2 В |
U2 = 4 В |
|||||
|
1 2 3 … |
||||||
3. Повторить те же измерения при напряжении U2 = 4 В. Результаты занести в табл.2.
4. Построить график зависимости I = f(1/r2)
Контрольные вопросы
1. Проводники, полупроводники и диэлектрики с точки зрения зонной теории.
2. Собственная и примесная проводимости полупроводников.
3. Внутренний фотоэффект.
4. Внешний фотоэффект. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.
5. Красная граница фотоэффекта.
6. Фотосопротивление и его характеристики.
7. Применение фотосопротивлений.
Задания для отчета по лабораторной работе