Вакуумные и газонаполненные фотоэлементы
Устройство внутри которого помещается фотокатод, расположенный на внутренней поверхности стеклянного баллона и занимающий до 50% всей поверхности (рис.2.2) .Вторая половина баллона прозрачная, через это окно попадает на катод световой поток. Анод имеет форму рамки и расположен так, чтобы не препятствовать попаданию света на катод.
Рис. 2.2 а)Конструкция фотоэлемента, условное обозначение в схемах:
Б) вакуумного фотоэлемента; в) газонаполненного фотоэлемента.
Фотоэлементы с внешним фотоэффектом бывают вакуумные и газонаполненные.
В вакуумных из баллона выкачен газ до высокой степени разряжения ( 
), а в газонаполненных баллон заполняется инертным газом (аргоном) под давлением (1–10Па). Условное обозначение вакуумного, газонаполненного фотоэлемента (рис.2.2.б, в)
Характеристики фотоэлемента
1. Световая (Iф=f(Ф), при Ua=const) характеристика – зависимость фототока от величины светового потока при неизменной величине анодного напряжения.
Рис. 2.3 Световые характеристики фотоэлементов:
1) – вакуумных, 2) – газонаполненных
2. Вольтамперная (Iф=f(Ua),при Ф=const) характеристика – зависимость фототока от величины приложенного напряжения Ua, при постоянном световом потоке.
Рис. 2.4 Вольтамперные характеристики фотоэлементов
1) – вакуумных, 2) – газонаполненных.
3. Спектральная характеристика - зависимость чувствительности фотоэлемента к световым потокам разной длины волны.
Рис. 2.5 Спектральная характеристика:
1)– сурьмяноцезиевого, 2) – кислородно-цезиевого.
Применение.
Фотоэлементы с внешним фотоэффектом используются в фоторелейном и фотометрическом режимах.
Фоторелейный режим работы устройства:
- эти устройства имеют два устойчивых положения – включено и выключено. Одно – при отсутствии света, другое - при его появлении.
Фотометрический режим работы устройства:
- эти устройства реагируют на изменение или интенсивность светового потока.
18.Устройство и виды электронных фотоумножителей.
Фотоэлектронные умножители.
Недостатком фотоэлементов с внешним фотоэффектом является их невысокая чувствительность. Это вызывает необходимость последующего усиления сигнала.
Повышение чувствительности можно получить за счет вторичной эмиссии.
Такие приборы получили название фотоэлектронных умножителей.
ФЭУ бывают однокаскадные и многокаскадные.
Однокаскадные ФЭУ имеют: фотокатод, анод и вторичный катод – динод.
В многокаскадных ФЭУ используется несколько динодов (n=10…15)
Устройство.
Стеклянный баллон с высоким вакуумом. На верхнюю торцевую поверхность баллона наносится полупрозрачный катод. Попадающий на него световой поток вызывает фотоэлектронную эмиссию. Электроны с катода попадают под ускоряющее электрическое поле между динодом Д1 и фотокатодам, бомбардируя динод Д1, выбивают из него вторичные электроны, которые двигаясь к диноду Д2, имеющего более высокий потенциал, бомбардируют его и т. д. (рис. 2.6.а)
Обычно число вторичных элементов в 4-5 раз больше числа первичных электронов. Значит, каждый динод усиливает электронный поток в указанное число раз.
Мощный электронный поток, попадающий, на последний электрод анод определяет выходной ток через нагрузку (Rн).
Чувствительность ФЭУ достигает сотен ампер на люмен (А/лм)
Коэффициент усиления фототока 
, где
n – число динодов
G- коэффициент вторичной эмиссии ( 
)
Кi достигает в современных ФЭУ 
Недостатком ФЭУ является: необходимость в высоковольтных источниках (несколько сотен В), изменение чувствительности во времени, неспособность переносить световые перегрузки.
19.Устройство и схема включения фоторезистора.
Фоторезисторы.
Фоторезистор – полупроводниковый фотоэлектрический прибор, в котором используется явление фотопроводимости, т.е. изменение электрической проводимости (сопротивление) полупроводника при его освещении.
Впервые это явление было обнаруженного у селена в 1873 году Ч. Смитом.
Рис. 2.7 Схема включения фоторезистора.
При отсутствии освящения (Ф=0) фоторезистор обладает большим темновым сопротивлением (Rтемн), обусловленном собственной проводимостью полупроводника и темновый ток 
мал.
При освещении фоторезистора в нём возникают дополнительные свободные электрические заряды – электроны и дырки. Сопротивление (Rсв) уменьшается и световой ток увеличится 
.
Разность между световым и темновым токами называется фототоком.
Фототок Iф=Iсв-Iтемн.
Материалом для изготовления светочувствительного слоя фоторезистора служит сернистый свинец, сульфит кадмия, селенид кадмия. Этот материал наносится на диэлектрическую подложку (основание) и для механической прочности покрывается слоем прозрачного лака.
Подложка с фоточувствительным слоем помещается в металлический или пластмассовый корпус.
20.Характеристики фоторезисторов.
Характеристики фоторезисторов.
Рис. 2.8 Характеристики фоторезисторов:
а) – вольтамперная, б) – световая, в) – спектральная
Вольтамперная характеристика – зависимость фототока от прилаженного напряжения при постоянной освещенности Iф=f(U) при Е=const.
Световая (люкс - амперная) характеристика – зависимость фототока от освещенности полупроводникового слоя при постоянном приложенном напряжении
Iф=f (Е) при U =const
Эта характеристика нелинейная, небольшая чувствительность получается при малых освещениях.
Это позволяет использовать фоторезисторы при измерении очень малых интенсивностях светового потока.
Спектральная характеристика – характеризует чувствительность фоторезистора при действии на него потока излучения постоянной мощности определенной длины волны.
Определяется она материалом, используемым для изготовления светочувствительного элемента.
Сернисто-кадмиевые резисторы имеют высокую чувствительность в видимой области спектра, селенисто-кадмиевые – в красной, сернисто-свинцовые – в инфракрасный.
Применение:
Высокая чувствительность, простота конструкции, малые габариты и значительно большая по сравнению с вакуумными фотоэлементами допустимая мощность рассеивания позволяет использовать их во многих отраслях науки и техники, в фоторелейном и фотометрическом режимах.
21.Устройство и схема включения фотодиода.
Фотодиоды.
Фотодиод – полупроводниковый диод, обратный ток которого зависит от освещенности рn– перехода.
Устройство фотодиода.
Устройство аналогично устройству обычного плоскостного полупроводникового диода и выполнено так, что рn – переход с одной стороны обращен к стеклянному окну, через которое поступает световой поток, а с другой защищен от воздействия света.
Рис. 2.9 Схема включения фотодиода.
Напряжение источника питания приложено к диоду в обратном направлении.
Когда фотодиод не освящен, через него протекает небольшой обратный (темновой) ток (10 – 20 мкА) для германиевых и (1-2мкА) - для кремниевых диодов
При освещении появляется дополнительное число электронов и дырок, вследствие чего увеличивается переход неосновных носителей: электронов из р – области в n область и дырок в обратном направлении. Это увеличивает ток в цепи.
Фотодиод можно включать в схему с внешними источником – фотодиод, а без внешнего источника – вентильный фотоэлемент (фотогенератор).
В вентильном режиме в фотодиоде под действием светового потока возникает э.д.с.
22.Характеристики фотодиода
Характеристики фотодиода.
Рис. 2.10 Характеристики фотодиода:
а) – вольтамперная, б) – световая, в) – спектральная
(1 – германиевый, 2 – кремниевые фотодиоды)
Характеристики фотодиода аналогичны характеристикам фоторезистора.
Вольтамперная характеристика Iд =f(Uд), при Ф=const
При полном затемнении (световой поток Ф=0) через фотодиод протекает темновой ток Iт равный сумме обратного тока насыщения и тока утечки.
С ростом светового потока ток Iд увеличивается. Ток фотодиода практически не зависит от величины приложенного напряжения.
Световая характеристика Iд =f(Ф), при Uд=const
В широком диапазоне изменения светового потока световая характеристика фотодиода остается линейной.
Спектральная характеристика Iф/Iфmax=f ( 
)
Показывает зависимость спектральной чувствительности от длины волны.
23.Устройство и схема включения фототранзистора.