Краткие сведения из теории

Фоторезистором называется полупроводниковый резистор, сопротивление которого изменяется под действием оптического излучения.

Работа некоторых полупроводниковых элементов основана на использовании фотоэлектрического эффекта – явления взаимо­действия электромагнитного излучения с веществом, в ре­зультате которого энергия фотонов передается электронам вещества. В твердых и жидких полупроводниках различают внешний и внутренний фотоэффекты. В первом случае поглощение фотонов сопровождается вылетом электронов из вещества. Во втором – электроны, оставаясь в веще­стве, переходят из заполненной энергетической зоны в зону проводимости, обуславливая появление фотопроводимости. В газах фотоэффект состоит в ионизации атомов или молекул под действием излучения. Внутренний фотоэффект, возникающий в паре из электронного и дырочного полупроводников, понижает контактную разность потенциалов, выполняя непо­средственное преобразование электромагнитного излучения в энергию электрического поля, что используется в фотодиодах, фототранзисторах. Наиболее ярко внутренний фотоэффект выражен в таких полупроводниковых материалах как селен, германий, кремний, различные селенистые и сернистые соединения таллия, кадмия, свинца и висмута. Из этих материалов изготавливают фотоэлементы и фоторезисторы.

В отсутствие облучения фоторезистор обладает некоторым большим сопротивлением R_т, которое называется темновым. Величина темнового сопротивления определяется температурой и чистотой полупроводника. При приложении к фоторезистору разности потенциалов в цепи возникает ток I = I_о+ I_ф,       (4.1)

где I _о – темновой ток, I_ф – фототок. Зависимость фототока от освещенности (светового потока) называется световой характеристикой (рис. 4.1). Фоторезисторы обладают линейной вольтамперной характеристикой, получаемой при неизменной освещенности Е (рис. 4.2).

Основным параметром фоторезисторов является интегральная чувствительность, под которой понимают отношение фототока к вызвавшему его появление световому потоку белого (немонохромного) света и приложенному напряжению:

                                                         (4.2)

где S – облучаемая площадь фоторезистора, G_ф – фотопроводимость, – световой поток. Интегральная чувствительность выражается в микро- или миллиамперах на вольт-люмен (мкА/В×лм, мА/В×лм). С ростом освещенности величина интегральной чувствительности уменьшается, так как световая характеристика I _ф ( E )  имеет зону насыщения.

Недостатками фоторезисторов являются значительная зависимость сопротивления от температуры, характерная для полупроводников, и большая инерционность, связанная с большим временем рекомбинации электронов и дырок после прекращения облучения. Постоянная времени t различных типов фоторези­сторов колеблется в пределах 4×10^-5 …3×10^-2 с. Так, для фоторе­зисторов марок ФС-КО, ФС-К1 t = 2×10^-2 с, для ФС-А1 – t = 4×10^-2 с. Это ограничивает быстродействие и затрудняет контроль быстрых изменений освещенности в приборах с фоторезисторами (рис.4.3).