Fotosoučástky reagující na světlo

7.Fotosoučástky reagující na světlo

Všeobecné vlastnosti součástek řízených světlem

Činnost součástek řízených zářením je založena na využití vnitřního fotoelektrického jevu. Při dopadu záření vhodné vlnové délky (tj. vhodné energie, neboť energie záření závisí na vlnové délce λ) na polovodičový materiál, dochází k rozbíjení vazeb atomů a ke vzniku volných nosičů náboje elektron-díra. V látce bez přechodu PN dojde v důsledku toho ke zvětšení vodivosti. Dopadá-li záření do oblasti přechodu PN, objevuje se mezi částí P a N tzv. hradlové napětí (několik desetin voltu).

Kdybychom sledovali závislost elektrických vlastností součástky (např. vodivosti nebo hradlového napětí) na vlnové délce (barvě) záření při konstantní intenzitě osvětlení E, získali bychom spektrální charakteristiku (obr.à).

Lidskému zraku je svými vlastnostmi nejbližší sirník kademnatý (CdS). Ostatní materiály mají maximum citlivosti posunuto do oblasti infračerveného záření.

Dále se udává přechodová charakteristika součástek. Je to časová závislost změny elektrických vlastností součástky při skokové změně osvětlení. Je charakterizována časovou konstantou τ, náběhem tr a doběhem tf. Viz obr. ↓

Fotorezistor

Fotorezistory se vyrábějí zpravidla napařením vrstvy vhodného polovodičového materiálu (např. CdS, CdSe pro viditelné světlo nebo CdTe pro infračervené záření) na keramickou podložku. Aby se dosáhlo většího odporu součástky, má polovodičová vrstva tvar meandru. Pouzdro ]e upraveno tak, aby na citlivou vrstvu mohlo dopadat světlo (záření). Za temna je odpor součástky velmi vysoký (106 až 109 Ω). Osvětlíme-li citlivou vrstvu, dochází ke zmenšení odporu fotorezistoru. Závislost odporu na osvětlení je přibližně logaritmická (v logaritmických souřadnicích vychází téměř přímkový průběh — obr.). Při osvětlení několik set luxů je odpor fotorezistoru pouze několik set ohmů. Zmenšil se tedy 104 až l07krát. Tento údaj je dokladem velké citlivosti fotorezistoru.

Kdybychom měřili voltampérovou charakteristiku, získali bychom soustavu přímek (obr. b↓), která dokazuje, že fotorezistor je při konstantním osvětlení lineárním symetrickým jednobranem.

Pohled na přechodovou charakteristiku (obr. c↓) ukazuje značnou setrvačnost fotorezistoru. Všimněte si, že při zvětšení osvětlení je změna odporu pomalejší než při zatemnění. Důležité také je, že rychlost změn odporu je závislá na velikosti osvětlení. Literatura udává časové konstanty fotorezistorů z CdS: při osvětlení 10-2 lx je τ řádově desítky sekund, při osvětlení 1000 lx asi 10-3 až 10-4 s, při osvětlování impulsy laseru poklesne τ řádově na 10-8 až 10-9 s.

Obr. a) závislost odporu fotorezistoru na osvětlení, b) voltampérové charakteristiky, c) přechodové charakteristiky