1.3. Основные характеристики фотоэлементов.

Каждый фотоэлемент характеризуется рядом параметров и характеристик, определяющих не только его свойства, но и пределы его применимости в технике. К основным из них относятся : вольтамперная, световая, частотная и спектральная характеристики, интегральная и спектральная чувствительность, к.П.Д. Рассмотрим подробнее некоторые из них.

Вольтамперная характеристика (В.А.Х.) выражает зависимость тока нагрузки от напряжения на фотоэлементе при включении его на различные нагрузочные сопротивления при постоянной освещённости : при E=const, где E – освещённость. При =0 точка, лежащая на оси токов, соответствует току короткого замыкания . При (разрыв в цепи) тчока, лежащая на оси напряжений, соответствует фото-Э.Д.С. .

Световые (интегральные) характеристики выражают зависимость фото-Э.Д.С., тока короткого замыкания, тока нагрузки от освещённости, то есть . Так, например, зависимость тока короткого замыкания от освещённости линейна достаточно в широких пределах изменения освещённости, а зависимость тока нагрузки от освещённости нелинейна. Эта нелинейность тем больше, чем больше нагрузочное сопротивление, что ограничивает применение фотоэлементов для некоторых фотометрических измерений.

Коэффициент полезного действия (К.П.Д.) фотоэлемента есть отношение мощности, выделяемой фотоэлементом на нагрузке, к падающему светому потоку : .

2. Экспериментальная часть.

Для измерения и снятия В.А.Х. фотодиода используется схема, представленная на рис.3.

Свет от источника S (лампа накаливания) фокусируется на p-n-переход. Если фотоэлемент разомкнут, то возникающая в этом случае разность потенциалов называется напряжением холостого хода и напряжением разомкнутой цепи . В случае короткого замыкания разности потенциалов не возникает, а в цепи фотоэлемента проходит ток, называемый током короткого замыкания .

При замыкании фотоэлемента на нагрузку между p- и n-областями создаётся некоторая разность потенциалов , где , которая меньше , а через нагрузку течёт ток . Очевидно, что и мощность, выделяющаяся на нагрузке : . Из вышеописанной теории следует, что . Т.к. -освещённости, то , где B – коэффициент пропорциональности.

При низком уровне возбуждения, когда BE<<1, , т.е. имеет место линейная зависимость от E. При высоком уровне возбуждения BE>>1 и .

Вольтамперная характеристика фотоэлеменат описывается уравнением : .

Семейство В.А.Х. с освещённостью E в качестве параметра представлено на рис. 4. Работе фотоэлемента в вентильном режиме соответствуют части В.А.Х., расположенной в правом нижнем квадранте. Их и называют нагрузочными характеристиками. Если фотоэлемент нагружен на внешнее сопротивление , то .

Задание 1.

Ознакомиться со схемой для измерения . Проверить правильность подключения “12 В”, включить напряжение “12 В”, включить вольтметр. Потенциометр “ ” поставить в положение “∞”. Вращая ручку “Освещённость”, проверить возможность установки освещённости от лкс до лкс. После прогрева вольтметра (10-15 мин.) на пределе измерения “0,5 В” наблюдать изменение напряжения на фотодиоде при последовательном переключении нагрузки из положения “∞” в положение “0,2 кОм” при разном значении освещённости. Произвести “установку нуля” вольтметра при E=0.

Задание 2.

Снять семейство В.А.Х. при пяти различных значениях освещённости, оцифрованных на шкале измерителя освещённости. Для этого при каждом значении освещённости изменять нагрузку фотодиода от “∞” до “0,2 кОм”, записывая показания вольтметра в таблицу № 1.

Таблица № 1.

NN n/n	, кОм
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10	100 50 20 10 5 2 1 0,5 0,2 ∞	, В	, А	, В	, А	, В	, А	, В	, А	, В	, А

Задание 3.

По формуле рассчитать ток фотодиода и записать в таблицу № 1. Построить световую характеристику фотодиода (зависимость при ). Построить семейство В.А.Х. (зависимость ) для различных значений освещённости : .