ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Основні характеристики фотоелемента на зовнішньому фотоефекті

Лабораторна робота № 1

Мета роботи. Дослідити світлові та анодні характеристики вакуумногофотоелемента.

Прилади та обладнання. Фотоелемент СЦВ-3; цифровий вольтметр типу В7 – 16А; лампа розжарення К-12 (12 В); джерело живлення Б5-50; мультиметр.

Теоретичні відомості

Існує три основних види фотоелекричних явищ:

1) емісія електронів з речовини під впливом світла;

2) зміна електропровідності речовини при його освітленні;

3) виникнення вентильної фотоЕРС на межі двох напівпровідникових матеріалів під впливом світла, який проявляється у виникненні фотоЕРС, який називають ще фотовольтаїчним (або фотогальванічним) ефектом.

Перший вид фотоелектричних явищ називають зовнішнім фотоефектом і дане явище використовують в електронних та іонних фотоелементах.

Встановлена Столєтовим А.Г. пропорційність струму фотоелектронної емісії до величини світлового потоку лежить в основі роботи цих фотоелементів. Нагадаємо

Закони фотоефекту

1. Сила струму насичення, який виникає при опроміненні монохроматичним світлом, пропорційна світловому потоку Ф

І_н= SФ ,

коефіцієнт пропорційності S, який відповідає силі фотоструму (мкА) при освітленні поверхні світловим потоком в 1 лм, називають фоточутливістю. Його вимірюють в мкА/лм.

2. Швидкість фотоелектронів збільшується при зростанні частоти (зменшенні довжини хвилі) падаючого світла і не залежить від інтенсивності світлового потоку.

3. Фотоефект починається тільки при певній для даної речовини мінімальній частоті (максимальній довжині хвилі) світла. Ця гранична частота називається червоною межею фотоефекту . Рівняння Айнштайна для зовнішнього фотоефекту:

де – енергія падаючого кванта світла, А – робота виходу електрона з речовини, – швидкість, m – маса фотоелектронів.

У фотоопорах знаходить застосування внутрішній фотоефект (явище досліджено 1908 р. академіком А. Йоффе) – утворення нерівноважних електронно-діркових пар у напівпровіднику під дією світла, що зумовлює сильну залежність електричного опору напівпровідника від інтенсивності падаючого на нього світла.

Третій вид фотоелектричних явищ (утворення електрорушійної сили в р-п-переході в результаті розділу полем переходу електронно-діркових пар, які утворюються під дією світла) має місце в напівпровідникових (вентильних) структурах і використовується у фотовольтаїчних елементах, фотодіодах та фото транзисторах. Відзначимо, що фотовольтаїчні елементи самі є джерелами електрорушійної сили та можуть працювати без джерел живлення.

Основні характеристики фотоелемента на зовнішньому фотоефекті

Фотоелементи, дія яких базується на зовнішньому фотоефекті, при зовнішньому освітленні не утворюють ЕРС і є тільки дуже добрими індикаторами випромінювання Для отримання від фотоелемента із зовнішнім фотоефектом фотоструму помітної величини недостатньо його освітити, необхідно також між фотокатодом і анодом прикласти електричне поле, яке забезпечувало б потрапляння всіх емітованих електронів на анод. Це досягається включенням в фотоелектричне коло джерела постійної напруги - батареї або акумулятора. Таким чином, фотоелементи із зовнішнім фотоефектом, як, звичайно, і фотоопори працюють в режимах із обов'язковим включенням в електричне коло фотоелемента джерела напруги. Фотоелемент із зовнішнім фотоефектом - фотоелектричний електронний прилад, призначений для перетворення світлової енергії в електричну.

Фотоелементи із зовнішнім фотоефектом конструктивно виконують у вигляді скляного балона сферичної форми (рис. 2.3.2, а). Внутрішня поверхня балона вкрита тонким шаром металу (звичайно лужноземельного), який займає приблизно 50% всієї внутрішньої поверхні балона. Цей шар служить фотокатодом.

Рис. 2. 3.2. Фотоелемент на основі зовнішнього фотоефекту:

а) – конструкція, б) – умовне зображення

Анод – це металевий стрижень або кільце, яке розміщують в центрі балона так, щоб не перешкоджати попаданню світла на фотокатод. Анод і фотокатод мають виходи на цоколь. Умовне зображення фотоелементів наведено на рис. 2.3.2, б.

У фотоелементах із зовнішнім фотоефектом під впливом світла виникає фотоелектронна емісія, завдяки якій з фотокатода емітують електрони. Для нормальної роботи приладу фотокатод з'єднують з негативним полюсом джерела постійної напруги, а анод — з позитивним. Попадаючи в електричне поле, що існує між анодом і катодом, електрони притягуються до анода і утворюють струм в колі фотоелемента (фотострум). У вакуумних фотоелементах струм утворюється лише фотоелектронів, а в газонаповнених фотоелементах фотострум створюється не лише електронами, що вилетіли з катода, але й іонами, які утворюються в проміжку анод–катод в результаті іонізації газу. Газонаповнені фотоелементи мають більшу чутливість, ніж вакуумні, але менш стабільні в роботі і володіють деякою інерційністю. Фотоелементи працюють тільки в колах постійного струму.

На рис. 2.3.3 приведена схема, яка дозволяє визначити основні характеристики фотоелемента.

Кількість електронів, що вилітають з катода, і ступінь іонізації газу в балоні, а значить і сила фотоструму залежать від величини світлового потоку F, що падає на фотокатод, і від різниці потенціалів між анодом і катодом U_a. Ця залежність знаходить своє відображення в характеристиках фотоелемента:

1. I_ф=f(F) при U_a=const

2. I_ф=φ(U_ф) при F=cоnst

Перша з цих характеристик отримала назву світлової, а друга – анодноїхарактеристики фотоелемента.

Рис. 2. 3.3. Схема для визначення характеристик фотоелемента

Світлову характеристику отримують при постійному значенні анодної напруги і зміні величини світлового потоку шляхом зміни відстані між джерелом світла і фотоелементом. Типові світлові характеристики фотоелемента, досліджені при різних значеннях анодної напруги U_a , U_a’, наведені на рис. 2.3.4, а.

Анодну характеристику фотоелемента експериментально отримують при певних (постійних) значеннях світлового потоку і при зміні величини анодної напруги. Для цього джерело світла встановлюють на деякій відстані від фотоелемента і, фіксуючи величину анодного струму, слідкують за показами мікроамперметра. На рис. 2.3.4, б представлено типові анодні характеристики фотоелемента, що були отримані при різних значеннях світлового потоку F’, F, причому суцільні криві відносяться до газонаповнених, а пунктирні – до вакуумних фотоелементів.

Найважливішим параметром фотоелемента є його інтегральначутливість, що визначається відношенням величини фотоструму до величини світлового потоку, який викликав цей струм. Чутливість вимірюється в мкA / лм.:

(мкА/лм)

Для більшості фотоелементів значення S лежить у межах 80÷100 (мкА/лм).

Рис. 2.3.4. Характеристики фотоелемента: а — світлові; б — анодні

Фотоелемент реагує на інтенсивність світлового потоку і його частоту, тому чутливість його поділяється на інтегральну (за інтенсивністю) і спектральну (за частотою). Інтегральна чутливість характеризує здатність фотоелемента реагувати на вплив сумарного світлового потоку, що містить світлові коливання різних частот від ультрафіолетових до інфрачервоних. Спектральна чутливість фотоелемента характеризує його здатність реагувати на світлові коливання певної частоти.

В сучасних фотоелементах застосовуються в основному два типи катодів - киснево-цезієвий і сурм'яно-цезієвий.

Експериментальна частина