Характеристики фоторезисторов

Основными характеристиками фоторезисторов являются:

Вольт-амперная, характеризующая зависимость фототока (при постоянном световом потоке Ф) или темнового тока от приложенного напряжения. Для фоторезисторов эта зависимость практически линейна (см. рис. 8 ). Закон Ома нарушается в большинстве случаев только при высоких напряжениях на фоторезисторе.

Световая (люкс-амперная, энергетическая), характеризующая зависимость фототока от падающего светового потока постоянного спектрального состава. Полупроводниковые фотрезисторы имеют нелинейную люкс-амперную характеристику (см. рис. ). Наибольшая чувствительность получается при малых освещенностях. Это позволяет использовать фоторезисторы для измерения очень малых интенсивностей излучения. При увеличении освещенности световой ток растет примерно пропорционально корню квадратному из освещенности. Это объясняется тем, что с увеличением концентрации свободных носителей заряда

Рис. 7. Схема включения фоторезистора.

Рис. 8. Вольтамперная характеристика фоторезистора.

возрастает вероятность их рекомбинации через ловушки и, следовательно, уменьшается время жизни. Наклон люкс-амперной характеристики зависит и от приложенного к фоторезистору напряжения.

Спектральная, характеризующая чувствительность фоторезистора при действии на него потока излучения постоянной мощности определенной длины волны. Спектральная характеристика определяется материалом, используемым для изготовления светочувствительного элемента. Сернисто-кадмиевые фоторезисторы имеют высокую чувствительность в видимой области спектра, селенисто-кадмиевые – в красной, а сернисто-свинцовые – в инфракрасной (см. рис. 5 ).

Частотная, характеризующая чувствительность фоторезистора при действии на него светового потока, изменяющегося с определенной частотой. Наличие инерционности у фоторезисторов приводит к тому, что величина их фототока зависит от частоты модуляции падающего на них светового потока – с увеличением частоты светового потока фототок уменьшается (см. рис. 10). Инерционность оганичивает возможности применения фоторезисторов при работе с переменными световыми потоками высокой частоты.

Параметры фоторезисторов

Основные параметры фоторезисторов:

Рабочее напряжение Uр– постоянное напряжение, приложенное к фоторезистору, при котором обеспечиваются номинальные параметры при длительной его работе в заданных эксплуатационных условиях (как правило, от 1 до 1000 в).

Максимально допустимое напряжение фоторезистора Umax– максимальное значение постоянного напряжения, приложенного к фоторезистору, при котором отклонение его параметров от номинальных значений не превышает указанных пределов при длительной работе в заданных эксплуатационных условиях.

Темновое сопротивление Rт– сопротивление фоторезистора в отсутствие падающего на него излучения в диапазоне его спектральной чувствительности (варьирует в обычных приборах от 1000 до 100000000 ом).

Световое сопротивление Rс– сопротивление фоторезистора, измеренное через определенный интервал времени после начала воздействия излучения, создающего на нем освещенность заданного значения.

Кратность изменения сопротивления KR– отношение темнового сопротивления фоторезистора к сопротивлению при определенном уровне освещенности (световому сопротивлению).

Рис. 10. Частотная характеристика фоторезистора.

Допустимая мощность рассеяния– мощность, при которой не наступает необратимых изменений параметров фоторезистора в процессе его эксплуатации.

Общий ток фоторезистора– ток, состоящий из темнового тока и фототока.

Фототок– ток, протекающий через фоторезистор при указанном напряжении на нем, обусловленный только воздействием потока излучения с заданным спектральным распределением.

Чувствительность – один из важнейших параметров любого фотоэлектрического прибора. Для фоторезисторов используется чаще всего токовая чувствительность – отношение фототока к некоторой величине, количественно характеризующей излучение, вызвавшее измеряемый фототок. Так, если в качестве такой величины используется световой поток, то говорят о чувствительности к световому потоку; различают также чувствительность к лучистому потоку, чувствительность к освещенности и т.п. Если чувствительность определяется отношением постоянных значений измеряемых величин, то ее называют статической, если же используется отношение малых приращений этих величин, то чувствительность называют дифференциальной.

Чувствительность зависит от спектрального состава облучающего света. Чувствительность к немонохроматическому излучению называют интегральной, а к монохроматическому излучению – монохроматической.

Удельная интегральная чувствительность к световому потоку – отношение фототока к произведению величины падающего на фоторезистор светового потока на приложенное к нему напряжение, мкА / (лм • В)

К0=Iф/ (ФU),

где Iф– фототок, равный разности токов, протекающих по фоторезистору в темноте и при определенной (200 лк) освещенности, мкА; Ф – падающий световой поток, лм; U – напряжение, приложенное к фоторезистору, В. Чувствительность называют удельной, так как – это отношение интегральной чувствительности к одному вольту приложенного напряжения.

Постоянная времени tф– время, в течение которого фототок изменяется на 63%, т. е. в e раз. Постоянная времени характеризует инерционность прибора и влияет на вид его частотной характеристики.

Граничная частота . Этот параметр определяет частоту синусоидального сигнала, модулирующего световой поток, при которой чувствительность прибора падает в раз по сравнению с чувствительностью при немодулированном потоке. Для большинства фоторезисторов частота .

Пороговый поток — один из важнейших параметров фотоприемников, в том числе и фоторезистора, работающего в режиме обнаружения слабых световых сигналов. Пороговым потоком называют среднеквадратичное значение действующего на фотоприемник синусоидально- модулированного потока излучения с заданным спектральным распределением, при котором среднеквадратичное значение напряжения или тока на выходе фотоприемника равно среднеквадратичному значению напряжения или тока шумов в заданной полосе.

Иначе говоря, пороговый поток — это то минимальное значение потока, облучающего фотоприемник, которое еще может быть обнаружено на фоне собственных шумов этого прибора.

Пороговый поток, отнесенный к полосе частот в один герц называют пороговым потоком в единичной полосе частот Величину , где s — площадь фотоприемника, называют удельным пороговым потоком. В качестве параметра фотоприемников чаще используют величину , называемую обнаружительной способностью, или же величину удельной обнаружительной способности . Параметр D* имеет размерность .

Т емпературный коэффициент фототока. Как и у большинства полупреводниковых приборов, характеристики и параметры фоторезисторов существенно зависят от температуры. Эту зависимость принято оценивать с помощью температурного коэффициента фототока