ELN13

Popíšte správanie a využitie fotorezistora. Popíšte správanie a využitie fotodiódy.  Popíšte správanie a využitie fototranzistora. Popíšte správanie a využitie LED.

Princip:

Fotorezistor je polovodičová součástka (kus polovodiče), jejíž odpor závisí na osvětlení. Světlo (fotony) dodává energii elektronům ve valenčním pásu ¤, které tak mohou překonat zakázaný pás a stát se volnými.

Pokus: Osvětlujme fotorezistor zapojený v obvodu dle obr. 1 a sledujme změny proudu protékajícího obvodem.

Fotodióda

Definícia: Je to polovodičová dióda, ktorej PN priechod je prístupný a citlivý na osvetlenie.

Princíp činnosti:

Fotodióda využíva na svoje činnosť generáciu párov elektrón - diera.

Tieto páry vznikajú po dopade fotónov v blízkosti priechodu PN.

Zapojenie fotodiódy: 1.odporový režim

                                       2.hradlový režim

Fotodióda v odporovom režime:

Fotodióda v hradlovom režime:

Charakteristika neosvetlenej fotodiódy je zhodná s charakteristikou obyčajnej diódy.

III. kvadrant - fotoelektrický jav sa výrazne prejavuje:

                     Počet nosičov náboja uvoľnených svetelným žiarením sa zväčšuje úmerne s intenzitou osvetlenia.

Použitie: 1.odporový režim - snímače diernej pásky, zvukové vodiče pre optický záznam zvuku.

                2.hradlový režim - svetlom riadené zdroje jednosmerného napätia pre expozimeter a luxmeter.

Fotorezistor

Fotorezistor je nelineární symetrický dvojbran, jehož odpor je výrazně závislý na ozáření. Materiál pro výrobu je např. sirník kademnatý (CdS).

Nemění-li se ozáření fotorezistoru, zůstává i jeho odpor stálý a VA charakteristikou je přímka s parametrem osvětlení E. Se zvětšujícím se osvětlením klesá odpor, tato závislost je přibližně logaritmická. Za temna je odpor součástky velmi vysoký (řádově M až G), osvětlíme-li citlivou vrstvu odpor se velmi sníží (řádově sta ), z toho plyne, že fotorezistor je velmi citlivá součástka. Nevýhodou fotorezistoru je jeho velká setrvačnost (podle materiálu a technologie řádově 100 ms až 100 s).

Užití: měření intenzity osvětlení, požární hlásiče, v expozimetrech

Fotodióda

Fotodioda je polovodičová dioda, jejíž PN přechod je přístupný záření. VA charakteristiku fotodiody tvoří soustava křivek s parametrem osvětlení E. Při nulovém osvětlení se fotodioda chová jako běžná polovodičová dioda (včetně VA charakteristik).

Charakteristiky fotodiody prochází I., III., IV. kvadrantem:

v I. kvadrantu jsou křivky stlačeny, neboť v propustném směru polarizovaná fotodioda reaguje na záření minimálně. V tomto režimu se fotodioda nevyužívá.

v III. kvadrantu - tzv. odporový režim - jsou charakteristiky lineární a rovnoměrně vzdálené. Dioda se v tomto režimu chová jako pasivní součástka, jejíž odpor je závislý na osvětlení.

v IV. kvadrantu - tzv. hradlový režim - se dioda chová jako stejnosměrný zdroj, který dodává naprázdno napětí řádově stovky mV (více viz princip slunečního článku - níže).

Fotodioda stačí sledovat mnohem rychleji změny v osvětlení než fotorezistor - řádově µs až ns. Mohou se konstruovat speciální fotodiody (např. PIN, Schottkyho aj.), které jsou ještě rychlejší.

Užití: snímání děrné pásky, v automatizaci, v optickém záznamu zvuku; optrony, optických spojích; sluneční články (viz dále)

Sluneční článek (fotoelektrický článek) je druh křemíkové fotodiody s velkou účinnou plochou, který pracuje výhradně v hradlovém režimu, jako měnič zářivé energie slunečních paprsku v elektrickou.

Ve slunečním článku (fotodiodách) nastává přeměna světelné energie v energii elektrickou zjednodušeně následujícím způsobem:

Pokud je dioda ve tmě, a je i není připojena na napájení, chová se jako běžná polovodičová dioda. Pokud není připojena, tak nosiče difundují přes přechod a v oblasti typu N vytvoří prostorový kladný náboj a v oblasti typu P prostorový záporný náboj, jako u běžné diody. Jestliže přechod osvětlíme, světelným zářením se generují páry elektron-díra. Nosiče proudu obou typů se volně pohybují v obou vodivostních oblastech diody, ale v oblasti PN však na ně působí elektrické pole valu, které je "roztřídí" - díry záporným prostorovým nábojem do oblasti P a elektrony do oblasti N, tím se potenciální val snižuje v závislosti na velikosti osvětlení PN přechodu. V ustáleném stavu tak vzniká mezi přívody diody elektrické napětí (řádově 0,1V (Ge) až 0,4V (Si) při osvětlení 1000Lx), které polarizuje diodu ve vodivém směru (na P kladné, na N záporné). Spojí-li se oba vývody přes spotřebič, stává se z osvětlené diody zdroj elektrické energie.

Fototranzistor

Fototranzistor je tranzistor, který má přechod báze-emitor přístupný světlu. Zapojuje se vždy se společným emitorem ,a vnější zdroj je připojen mezi emitor a kolektor tak, aby přechod báze-kolektor byl polarizován závěrně. Báze zpravidla nebývá vyvedena.

Princip spočívá v tom, že přechod báze-emitor je otvírán osvětlením, počet nosičů se zvětšuje úměrně s osvětlením a je zesilován jako proud báze v bipolárním tranzistoru. Vlivem tohoto zesilovacího účinku mají fototranzistory vyšší citlivost než fotodiody.

Užití: v signalizačních zařízeních (požární hlásič, stroboskopy,...), řídící a měřicí aplikace (řízení osvětlení,...)