Эксперимент
Для исследования характеристик фоторезистора имеется специальная установка. Труба с откидной крышкой укреплена на подставке. На одном конце трубы наглухо вмонтирован осветитель Л (лампочка), которая подключается к источнику постоянного напряжения на 6В через реостат на 4-6 Ом. В цепи осветителя включается амперметр на 3А. Вдоль трубы может перемещаться специальный держатель, на котором закреплен фоторезистор. К клеммам фоторезистора припаяны два провода для подключения к цепи постоянного тока с ЭДС на 30 В.
УПРАЖНЕНИЕ 1. Снятие вольтамперных характеристик фоторезистора.
С
A
30В
Р
А
1. Установить фоторезистор на наибольшем расстоянии от осветителя (r = 30 см). Установить в цепи осветителя ток не менее 2,5А и во время опытов следить за его постоянством.
2. Отключить осветитель и снять темновую ВАХ фоторезистора.
3. Включить осветитель. Снять зависимость тока в фоторезисторе от приложенного напряжения, изменяя напряжение через 2-4В до 24 В. Затем, приближая фоторезистор к осветителю снять таким же образом зависимость Iсв=f(U) через каждые 5 см до расстояния между осветителем и фоторезистором в 10 cм. (Расстояние между осветителем и фоторезистором измерять по шкале, нанесенной на подставке). По результатам измерений построить зависимость IТ=f(U) и icb=i(u) на одном графике.
4. По формуле (9) вычислить для расстояний между осветителем и фоторезистором ri =10см, 15см, 25см значения фототока IФ для всех значений напряжения на фоторезисторе. Построить график IФ =f(U).
Объяснить полученный результат. Результаты измерений занести в таблицу.
U, В |
I1, мкА |
I2, мкА |
I3, мкА |
I4, мкА |
I5, мкА |
r = 30 см |
r = 25 см |
r = 20 см |
r = 15 см |
r = 10 см | |
0 |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
12 |
|
|
|
|
|
16 |
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
24 |
|
|
|
|
|
УПРАЖНЕНИЕ 2. Снятие световых характеристик фоторезистора.
Схема та же, что и в упражнении 1.
1. Установить фоторезистор на наибольшем расстоянии от осветителя. Подать на него напряжение 10В и следить за его постоянством.
2. Измерить темновой ток it при отключенном осветителе.
3. Включить осветитель. Измерить 1св и найти значение фототока IФ =IСВ –IТ. Передвинуть фоторезистор на 5 см ближе к осветителю (между осветителем и фоторезистором расстояние ri ) и снова найти Iф и т.д. через каждые 5 см, приближая фоторезистор к осветителю до расстояния ri=10 см. Повторить те же измерения при напряжении на фоторезисторе 14 В и 18 В. Результаты измерений занести в таблицу.
r, см |
U = 10 В |
U = 14 В |
U = 18 В | |||
I1, мкм |
Rф1, МОм |
I2, мкм |
Rф2, МОм |
I3, мкм |
Rф3, МОм | |
30 |
|
|
|
|
|
|
25 |
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
15 |
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
Построить график зависимости фототока от освещенности.
IФ
0 (r1/ri)2
Рис. 5
Когда фоторезистор находится на небольшом расстоянии ri от осветителя, его освещенность может быть вычислена по формуле:
E=J/ri, где J – сила тока.
При приближении фоторезистора с осветителем до расстояния (ri=30, 25, 20, 15, 10см.) его освещенность окажется равной:
Ei= J/ri
Составим соотношение;
Ei/E1 = (r1/r2)2; Ei = E1(r1/ri)2
Отложим по оси абсцисс относительную освещенность фоторезистора, равную (r1/ri), а по оси ординат соответствующее значение фототока, в результате получим световую характеристику фоторезистора (рис. 5). Используя результаты измерении упр.2 найти значение светового сопротивления фоторезистора RФ=U/IФ и построить график зависимости RФ=f(r1/ri), отложив, по оси абсцисс (r1/ri)2 а по оси ординат RФ .
RФ
(r1/ri)2
Рис. 6
УПРАЖНЕНИЕ 3. Снятие спектральной характеристики фоторезистора.
Схема та же, что и в упражнении 1.
Устанавливают фоторезистор на расстоянии 10-15 см от осветителя. Измеряют темновой ток при напряжении на фоторезисторе 10В. Включают осветитель. Через щель в оправе осветителя поочередно вставляют светофильтры и находят фототок для каждого светофильтра. Затем повторяют измерения при напряжении на фоторезисторе 14В. Результаты измерений заносят в таблицу. Строят график зависимости Iф = f()
.
№ n/n |
ЦВЕТ |
ДЛИНА ВОЛНЫ (нм) |
IФ (мкА) | |
U=10B |
U=14B | |||
1 |
КРАСНЫЙ |
675 |
|
|
2 |
ЖЁЛТЫЙ |
612 |
|
|
3 |
ЗЕЛЁНЫЙ |
521 |
|
|
4 |
ГОЛУБОЙ |
497 |
|
|
5 |
ФИОЛЕТОВЫЙ |
421 |
|
|
Контрольные вопросы
1. Что такое фотопроводимость?
2.Какие основные процессы влияют на фотопроводимость полупроводника? Что такое фоторезистор и как он устроен?
4.Основные характеристики фоторезистора и как они получаются на опыте?
5.Что такое внутренний фотоэффект?
6.Красная граница внутреннего фотоэффекта для собственного и примесных полупроводников?
7. Что такое темновой ток и чем он обусловлен?