Конструкция и характеристика фоторезистора

Фоторезистор (фотосопротивление) – это полупроводниковый рези­стор, электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости от его освещенности. Основным конструктивным элементом фоторезистора (рис. 2) является тонкий слой полупроводника 1, заключенный между двумя электродами 2. Обычно слой полупроводника представляет собой пленку, нанесенную на диэлектрическую подложку 3. Электроды предна­значены для включения фоторезистора в электрическую цепь. Полупро­водником обычно является сульфид кадмия, селенид кадмия или сульфид свинца. Поверхность полупроводникового фоточувствительного слоя, расположенную между электродами, называют рабочей площадкой. В за­висимости от типа резистора ее площадь варьируется от десятых долей до десятков квадратных миллиметров. Подложка с нанесенным на нее полу­проводниковым фоточувствительным слоем помещается в защитный пла­стмассовый или металлический корпус с открытым окошком.

Если фотосопротивление, включенное в электрическую цепь, за­темнено, то через него течет ток , который называют темновым током. Сила тока зависит от электрического сопротивления R фоторезистора в темноте и от приложенного к нему напряжения U. При освещении фото­резистора его сопротивление уменьшается, что приводит к возрастанию тока. Ток при освещении называют световым и обозначают . Разность между световым и темновым токами определяет значение фототока :

.

Величина фототока увеличивается с возрастанием светового потока Ф.

Рис. 2. Фоторезистор

Зависимость силы фототока от Ф называют световой характери­стикой фоторезистора. В узком диапазоне освещенностей при неизмен­ном напряжении на фоторезисторе эту зависимость можно записать в виде

, (1)

где D – некоторая постоянная величина;

п – показатель степени, которая меньше единицы, но больше нуля.

При заданном световом потоке Ф фототок зависит от напряжения U, приложенного к фотосопротивлению:

. (2)

Зависимость силы фототока от U называется вольт-амперной ха­рактеристикой (ВАХ) фотосопротивления. В рабочем диапазоне напря­жений у многих фоторезисторов фототок возрастает по линейному закону при увеличении напряжения. Однако у пленочных фоторезисторов и фо­торезисторов с фоточувствительным слоем из поликристаллического ма­териала в области малых напряжений линейность ВАХ, как правило, на­рушается. Указанная нелинейность связана с явлениями на контактах ме­жду отдельными зернами или кристаллами полупроводника. При малых напряжениях сопротивление фоторезистора в основном определяется со­противлением этих контактов.

Важной характеристикой фотосопротивления является интегральная чувствительность K. Интегральной чувствительностью K называется чув­ствительность к световому потоку от стандартного источника света – лам­пы накаливания с вольфрамовой нитью мощностью 100 Вт и температурой 2840 К. Величина K определяется отношением фототока к падающему на фотосопротивление световому потоку Ф:

. (3)

Интегральная чувствительность K измеряется в амперах на люмен (А/лм) или в микроамперах на люмен (мкА/лм). Строго говоря, интеграль­ная чувствительность определяется производной в каждой точке световой характеристики .

Так как величина K растет с ростом напряжения U, то часто пользу­ются понятием удельной чувствительности :

, (4)

где U – напряжение на фотосопротивлении.