Фотоэлектрические преобразователи (фоторезисторы)

Принцип действия основан на использовании внешнего и внутреннего фотоэффектов. Внешний фотоэффект – испускание электронов во внешнее пространство освещенным веществом (рис. 4.9). При этом сопротивление между анодом и катодом уменьшается.

Внутри корпуса находится какой-либо инертный газ или вакуум. Энергия светового потока передается веществу, у которого ослабляется связь между ядрами атомов и электронами на внешних орбитах.

Рис. 4.9. Фоторезистор с внешним фотоэффектом:

1 – корпус; 2 – вещество, обладающее фотоэффектом (сурьмяно-цезий, кислородный цезий, висмуто-серебряный цезий); 3 – светопрозрачный материал; К, А – катод и анод; I _ф – фототок, вызванный
перемещением электронов; Ф_с – световой поток

Вследствие этого пополняется количество свободных электронов, которые вытесняются в межмолекулярное пространство. Приложенное напряжение делает движение электронов упорядоченным. Возникающий при этом ток называется фототоком (рис. 4.10). Величина I _ф существенно зависит от напряжения, приложенного между А и К.

а – световая характеристика; б – вольт-амперная характеристика

Рис. 4.10. Статическая характеристика фоторезистора с внешним фотоэффектом:

1 – вакуумный с кислородно-цезиевым катодом; 2 – вакуумный с сурьмяно-цезиевым катодом; 3 – газонаполненный с сурьмяно-цезиевым катодом; U _а – анодное напряжение

Реакция фоторезистора на весь спектр светового потока (все частотные составляющие спектра) характеризуется интегральной чувствительностью S _и, а статическая характеристика представляет собой зависимость I _ф от Ф_с.

(4.7)

Внутренний фотоэффект – перераспределение электронов в веществе при поглощении им энергии светового потока, что приводит к изменению сопротивления вещества.

Свойством внутреннего фотоэффекта обладают: селен, теллур, германий, кремний и т.д.

Конструкция и световая характеристика фоторезистора с внутренним фотоэффектом аналогичны фоторезистору с внешним фотоэффектом. Вольт-амперная и световая характеристики фотоэлектрического преобразователя с внутренним фотоэффектом аналогичны характеристикам преобразователя с внешним фотоэффектом.

Фотоэлектрические преобразователи используются для измерения яркости света, его спектрального состава, оптической плотности среды, освещенности, отражения световых волн от поверхности и т.д. Кроме того, эти преобразователи используют для измерения неэлектрических величин: температуры разогретого до свечения тела, перемещений и т.д.