Что такое фоторезистор и как он работает
Фоторезистор представляет собой особый тип полупроводникового устройства, ключевая особенность которого заключается в способности изменять свое электрическое сопротивление под влиянием светового излучения. Когда такой прибор подключается в электрическую цепь с источником постоянного напряжения, через него начинает протекать электрический ток. Интенсивность этого тока напрямую зависит от количества света, падающего на чувствительный элемент прибора.
Принцип действия: фототок и его свойства
При освещении фоторезистора в его полупроводниковом материале возникает дополнительный ток, называемый фототоком. Этот фототок увеличивает общий ток в цепи. Важно отметить, что величина фототока прямо пропорциональна интенсивности падающего светового сигнала. Кроме того, фототок не зависит от полярности приложенного к прибору напряжения, что делает фоторезистор универсальным в использовании. Именно это явление генерации тока под действием света и лежит в основе применения фоторезисторов для детектирования и измерения оптического излучения.
Конструкция и материалы
Для изготовления фоторезисторов используют полупроводниковые материалы с малой шириной запрещенной зоны, что позволяет им эффективно поглощать фотоны. К таким материалам относятся германий (чистый или легированный элементами вроде золота, меди или цинка), селен, теллур, кремний, а также соединения: InSb, InAs, PbS, PbSe, PbTe, CdS, CdSe и HgCdTe. Технологически фоточувствительный слой из такого материала наносят тонкой пленкой на подложку из кварца или стекла либо изготавливают в виде тонкой пластинки, вырезанной из монокристалла. К этому слою или пластинке подсоединяют два контактных электрода. Вся эта конструкция для защиты от внешних воздействий помещается в герметичный корпус.
Ключевые параметры и характеристики
Основными техническими параметрами, определяющими качество и область применения фоторезистора, являются:
- Интегральная чувствительность: измеряется при номинальном напряжении питания как отношение изменения напряжения на выходе к мощности падающего излучения. Типичные значения лежат в очень широком диапазоне от 10³ до 10⁸ В/Вт, что свидетельствует о высокой чувствительности прибора.
- Порог чувствительности: это минимальный уровень оптического сигнала, который прибор способен зафиксировать. Данный параметр нормируется на единицу полосы рабочих частот и может достигать чрезвычайно малых значений, порядка 10⁻¹² Вт/√Гц.
- Постоянная времени: параметр, характеризующий инерционность прибора, то есть скорость его реакции на изменение светового потока. Она варьируется в пределах от 10⁻³ до 10⁻⁸ секунды, что позволяет подбирать фоторезисторы как для относительно медленных процессов, так и для высокоскоростной регистрации.