Разомкнутая цепь

При разомкнутой внешней цепи ( ) ток через внешнюю цепь не протекает. В этом случае напряжение на выводах фотоэлемента будет максимальным и равным ЭДС фотоэлемента. Эту величину называют напряжением холостого хода V_хх. Из уравнения (2), при условии J = 0, получаем уравнение, позволяющее по известным значениям фототока J_ф и тока нагрузки J_s рассчитать напряжение холостого хода V_хх:

(3)

Напряжение V_хх (фотоЭДС) можно также определить непосредственно, подключая к выводам фотоэлемента вольтметр в отсутствие нагрузки. Внутреннее сопротивление вольтметра должно быть много больше сопротивления p-n перехода.

Режим с подключённой нагрузкой

В режиме короткого замыкания напряжение на выводах фотоэлемента V_G = 0. Тогда из уравнения (1) следует, что ток короткого замыкания J_кз во внешней цепи равен фототоку J_Ф:

(4)

Итак, в режиме короткого замыкания определяется величина фототока J_Ф.

Световая зависимость

Световая характеристика представляет собой зависимость величины фототока J_Ф от светового потока Ф, падающего на фотоэлемент. Сюда же относится и зависимость V_XX от величины светового потока. Количество электронно-дырочных пар, образующихся в фотоэлементе при освещении, пропорционально количеству фотонов, падающих на фотоэлемент. Поэтому фототок будет пропорционален величине светового потока:

(5)

где К – коэффициент пропорциональности, зависящий от параметров фотоэлемента. В фотодиодном режиме ток во внешней цепи пропорционален световому потоку и не зависит от напряжения V_G.

Рис. 8. Световая характеристика фотоэлемента.

Коэффициент пропорциональности К в уравнении (5) получил название интегральной чувствительности фотоэлемента.

Люксметр ю116

Предназначен для измерения освещенности, создаваемой лампами накаливания и естественным светом, источники которого расположены произвольно относительно светоприемника люксметра.

Переносной фотоэлектрический люксметр общепромышленного назначения применяется для контроля освещенности в промышленности, в сельском хозяйстве, на транспорте и других отраслях народного хозяйства, а также для исследований, проводимых в научных, конструкторских и проектных организациях.

Технические данные прибора:

• Диапазон измерений люксметра от 0,1 до 100000 Lx

• Класс точности 10

• Шкалы прибора неравномерные, градуированы в люксах: одна шкала имеет 100 делений, вторая - 30 делений.

• Пределы допустимой погрешности в основном диапазоне измерений 5-30 и 20-100 Lx (без насадок) не должны превышать -/+10% от значения измеряемой освещенности.

Цель работы

1. Изучить работу фотопреобразователя

2. Определить зависимость фотоЭДС от освещенности для режимов с подключенной нагрузкой и разомкнутой цепи.

Порядок работы

1. Включить источник питания ТЕС23 и вольтметр.

2. Ручкой ФИНО на источнике питания установить максимальное отклонение стрелки люксметра.

3. Измерить освещенность в диапазоне 100 ÷ 0 с шагом 10 делений.

4. Для каждой точки освещенности измерить фотоЭДС при отключенном и включенном люксметре.

5. Вывести ручку ФИНО на 0. Выключить приборы.

6. Построить графики U_ф = f (L_x).

7. Учитывая, что I_ф ~ U_ф , а освещенность пропорциональна световому потоку, из зависимости U_ф = f (L_x) для случая замкнутой цепи рассчитать чувствительность фотодатчика в единицах [Вольт/Люкс].

17