2.4 Описание экспериментальной установки и порядок выполнения работы

Экспериментальные исследования внутреннего фотоэффекта проводятся на установке, схема которой приведена на рисунке 2.9.

Рисунок 2.9. Электрическая схема экспериментальной установки для

исследований внутреннего фотоэффекта

На рисунке 2.9 обозначены:

VD – вентильный фотоэлемент, HL – лампа накаливания, R – фоторезистор, Rн – магазин сопротивлений, R_доб – добавочное сопротивление, БП – сетевой блок питания, В1 – двухполюсный переключатель.

Лампа HL и два фотоэлемента VD и R расположены внутри светонепроницаемого кожуха на оптической скамье. Добавочный резистор Rдоб установлен на блоке питания.

Задание 1

Исследование вентильного фотоэффекта

1. Установить переключатель B1 в положение 1, при этом будут отключены элементы R и R_доб, электрическая схема установки будет соответствовать рисунку 2.10.

Рисунок 2.10

2. Включить сетевые приборы.

3. Задать расстояние от лампочки до фотоэлемента в соответствии с вариантом, указанным преподавателем, измерить и записать значение фото – ЭДС, отключив на время измерения одну из клемм магазина сопротивлений.

4. Измерить и записать в таблицу 1 значения силы тока в цепи при разных значениях сопротивления нагрузки. Для этого на магазине сопротивлений следует устанавливать значения от 0 до 50 кОм через каждые 10 кОм.

5. Повторить измерения (п. 3, 4) для других расстояний между лампой накаливания и фотоэлементом в соответствии с заданным вариантом.

Таблица 1.- Сила тока I при различных освещенностях

Расстояние ,м
ФотоЭДС, мВ
Сопро- 0 тивление 10 нагрузки, 20 КОм 30 40 50	I,мкА	I,мкА	I,мкА	I,мкА	I,мка

Продолжение таблицы 1

Rф , КОм
Iк.з., мкА
Ф , лм

6. Определить по формуле (8) внутреннее сопротивление фотоэлемента при разных освещенностях, рассчитать по формуле (7) ток короткого замыкания цепи.

7. Построить графики ВАХ, откладывая по оси абсцисс, измеренные напряжения и фото - ЭДС. По оси ординат откладывать значения силы тока и тока короткого замыкания.

8. Построить графики световой характеристики откладывая по оси абсцисс величину светового потока в люменах, а по оси ординат величину тока короткого замыкания. Величина светового потока рассчитывается исходя из закона обратных квадратов для точечного источника света:

9. , (2.11)

где:

E – освещенность фотоэлемента в люксах,

S_Ф – площадь фотоэлемента,

I_СВ – сила света лампы накаливания,

– расстояние от лампы до фотоэлемента.

10. Используя световую характеристику, аппроксимированную прямой линией, определить интегральную чувствительность фотоэлемента, как угловой коэффициент прямой в выбранной системе координат.

Задание 2

Исследование явления фотопроводимости

1. Установить переключатель B1 в положение 2, электрическая схема установки будет соответствовать рисунку 2.11.

Рисунок 2.11

2. Снять темновую вольт-амперную характеристику фотосопротивления, для чего отключить одну из клемм лампы накаливания и изменяя напряжение на фотосопротивлении фиксировать значение силы тока. Напряжение на фотосопротивлении задается с помощью делителя, состоящего из R_доб и R_Н, для этого следует изменять R_Н от 0 до 500 Ом, через каждые 50 Ом. Значения напряжения и силы тока занести в таблицу 2.

3. Подключить лампочку, задать расстояние от лампы до фотосопротивления в соответствии с выбранным вариантом, изменяя напряжение, подаваемое на фоторезистор, снимать значение силы тока через освещенный фоторезистор I_с . Результаты записать в таблицу 2.

4. Построить графики зависимости темнового тока и фототока от напряжения:

, .

Таблица 2- ВАХ фоторезистора

U, B
Iт , мкА
Ic, мкА
Iф, мкА

5. При постоянном напряжении U, заданном преподавателем, для различных освещенностей измерить значения токов. Результаты измерений занести в таблицу 3.

Таблица 3- Световая характеристика фоторезистора

Расстояние ,м
Ic, мкА
Iф, мкА
Ф, лм

6. Построить график зависимости фототока от светового потока.

7. Определить интегральную чувствительность фотоэлемента при максимальной освещенности, рассчитать кратность изменения сопротивления по формуле:

. (2.12)

Задание 3

Определение интегральной чувствительности вентильного фотоэлемента и фоторезистора

1. Установить переключатель B1 в положение 1, включить приборы.

2. Установить сопротивление нагрузки на магазине сопротивлений равное нулю.

3. Задавая расстояние от лампочки до фотоэлемента в соответствии с вариантом задания, указанным преподавателем, измерить и записать в таблицу 4 значение силы тока и ЭДС фотоэлемента. При измерении фото – ЭДС кратковременно отключать одну из клемм магазина сопротивлений.

4. Переключить переключатель В1 в положение 2.

5. Задать расстояние от лампочки до фотосопротивления и напряжение на фотосопротивлении в соответствии с вариантом, указанным преподавателем. Установка заданного напряжения производится путем подбора сопротивлений R_н, который вместе с R_доб образует делитель напряжения.

6. Изменяя расстояние от лампочки до фоторезистора измерить и записать в таблицу 4 значения фототока.

7. Отключить одну из клемм лампы накаливания, измерить и записать значение темнового тока.

8. Построить график световых характеристик вентильного фотоэлемента и фотосопротивления. По оси абсцисс откладывать величину светового потока в люменах:

,

где: I_св – сила света лампочки,

S_ф – площадь фотоэлемента.

По оси ординат откладывать значение тока короткого замыкания для вентильного фотоэлемента и величину фототока для фоторезистора.

9. Определить и записать значение интегральной чувствительности фотоэлементов при заданной освещенности.

Таблица 4. Световые характеристики фотоэлементов

Расстояние ,м
ФотоЭДС, мВ
Iк.з., мкА
Iт , мкА
Ic, мкА
Iф, мкА
Ф , лм