Фотоэлектрические преобразователи.

Это преобразователи, у которых выходной сигнал изменяется в зависимости от светового потока, падающего на преобразователи. Их подразделяют на преобразователи с внешним фотоэффектом, внутренним фотоэффектом и фотогальванические. Фотоэлектрические преобразователи с внешним фотоэффектом представляют из себя вакуумные или сферические газонаполненные стеклянные баллоны. На внутреннюю поверхность наносится фоточувствительный материал, образующий катод. Анод выполняется в виде кольца или сетки из никелевой проволоки. В затемненном состоянии протекает «темновой» ток. При освещении фотокатод имитирует электроны. Если между катодом и анодом приложить напряжение электроны образуют электрический ток. При изменении освещенности изменяется величина тока. Газонаполненный фотоэлемент аналогичен вакуумному, только наполнен газом. Наиболее широко используют кислородно-цезиевые, сурьмяно-цезиевые фотоэлементы. Фотоэлементы с внешним фотоэффектом требуют усилителей, так как их мощность мала. Чувствительность газонаполненных фотоэлементов составляет 100-250 мкА/Лм. Основные характеристики: предел измерения 10-10⁴ Лм; чувствительность 10^-5 А/Лм^-1; инерционность 10^-4 с^-1. Достоинства – высокая чувствительность. Недостатки – необходимо дополнительное напряжение.

Фотоэлементами с внутренним фотоэффектом являются фоторезисторы, фототранзисторы, фотодиоды.

Фоторезисторы выполняются из полупроводниковых гомогенных материалов. К поликристаллическим материалам относится кадмий с серой; кадмий с селеном. Представляют из себя однородную пластину с контактами. Фоторезисторы имеют пределы измерения 10^-2 – 10⁵ Лм; чувствительность 10³ А/Лм^-1; инерционность – 10^-4с. Внутренний фотоэффект наиболее сильно выражен у таких полупроводников как селен, сернистый свинец, сернистый кадмий. Электрическое сопротивление изменяется от 100 до 1000 Ом. Сернистый кадмий обладает максимальной чувствительностью в зеленой области спектра, поэтому наиболее пригоден для применения измерении освещенности. Фоторезисторы на базе свинцово-сернистых соединений и свинцово-селеновых соединений применяются в инфракрасной области. Основным достоинством является высокое значение чувствительности, что позволяет их использовать в простых схемах без дополнительных затрат энергии. недостатки – нелинейность характеристики; значительное время запаздывания; нестабильность характеристик; старение; зависимость характеристик от температуры. Используются в исследованиях, когда не требуется прецизионных измерений. Чаще используются в пороговых средствах. При использовании фоторезисторов средства измерения чаще всего используют оптические импульсы.

Фотогальванические преобразователи, фотодиоды и фототранзисторы.

Представляют из себя светочувствительные полупроводники, создающие при поглощении света вследствие фотоэффекта в запорном слое свободные электроны и ЭДС. Фотодиод может работать в двух режимах: фотодиод и генераторный (вентильный) режим. Фототранзистор включен в фотодиод и усилитель фототока. Чувствительность транзистора почти в два раза выше чем у фотодиода. Он обладает электрической и технологической совместимостью с интегральными схемами. Основные характеристики: предел измерения для фотодиода – 10² – 10⁶ Лм; чувствительность для фотодиода – 10^-2 А/Лм^-1; для фототранзистора – 10^-1 А/Лм^-1; инерционность для фотодиода – 10^-2 с, для фототранзистора – 10^-6 с. Недостатки - необходимость дополнительного напряжения.

Упрощенные схемы включения вентильных фотоэлементов см. рисунок.