Please download to get full document.

View again

of 8
All materials on our website are shared by users. If you have any questions about copyright issues, please report us to resolve them. We are always happy to assist you.

Лабораторная работа 91 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ФОТОЭЛЕМЕНТА

Category:

Devices & Hardware

Publish on:

Views: 0 | Pages: 8

Extension: PDF | Download: 0

Share
Related documents
Description
Лабораторная работа 91 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ФОТОЭЛЕМЕНТА Цель работы: изучение принципа работы фотоэлемента и определение его чувствительности. Приборы и материалы: Лабораторная установка
Transcript
Лабораторная работа 91 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ФОТОЭЛЕМЕНТА Цель работы: изучение принципа работы фотоэлемента и определение его чувствительности. Приборы и материалы: Лабораторная установка для изучения зависимости фототока от освещенности, включающая в себя полупроводниковый фотоэлемент, лампочку накаливания, источник питания (понижающий трансформатор), стрелочный гальванометр. Лист миллиметровой бумаги. Теоретическое введение Ф о т о э л е м е н т представляет собой устройство, в котором в результате поглощения энергии падающего на него света возникает ЭДС или электрический ток. В фотоэлементах используется явление фотоэффекта, заключающееся в выбивании электронов с поверхности твердых тел под действием падающего излучения. Это явление носит название внешнего фотоэффекта. Фотоэффект называется внутренним, если электроны не покидают твердое тело, а остаются внутри него в качестве свободных зарядов, участвующих в создании в нем электрического тока. Внутренний фотоэффект наблюдается в полупроводниках. [ ] Энергия падающего на полупроводник света расходуется на перенос электронов из валентной зоны в зону проводимости (см. [1]). Роль работы выхода электронов из тела при внешнем фотоэффекте играет здесь ширина запрещенной зоны полупроводника W, которая определяет Рис Г r минимальную частоту света min, ниже которой фотоэффект не наблюдается. Эта частота называется красной границей фотоэффекта и находится из условия: h min W. В данной лабораторной работе исследуется сернисто-серебряный фотоэлемент, схематически изображенный на рис Верхний полупрозрачный электрод 1 представляет собой очень тонкий слой проводника (металлического серебра), нанесенный испарением в вакууме на слой полупроводника 3 (сернистого серебра). Между проводником и полупроводником образуется промежуточный слой, называемый запорным слоем. Запорный слой обладает свойством пропускать электроны только в одном направлении (в нашем случае от металла к полупроводнику), т.е. является электронным вентилем. При освещении фотоэлемента световая энергия частично поглощается электронами металлического полупрозрачного электрода, а частично электронами полупроводника. Благодаря вентильным свойствам запорного слоя энергетически обогащенные электроны при своем хаотическом движении чаще переходят из металла в полупроводник, чем в обратном направлении. Таким образом, падающий на фотоэлемент свет вызывает движение электронов внутри фотоэлемента от верхнего электрода 1 через запорный слой к полупроводнику 3 и нижнему электроду 4. В результате этого на верхнем электроде фотоэлемента появляется избыточный положительный, на нижнем электроде избыточный отрицательный заряд. В замкнутой цепи, изображенной на рис. 91.1, фотоэлемент выступает в роли источника тока (фототока), сила которого зависит от освещенности поверхности фотоэлемента чем она больше, тем больше фототок. Количественной характеристикой этой зависимости служит чувствительность фотоэлемента. Она показывает быстроту изменения фототока с ростом интенсивности света и численно равна отношению приращения фототока i к приращению светового потока, падающего на фотоэлемент: ф i ф. (91.1) С в е т о в ы м п о т о к о м через поверхность S называется энергия электромагнитного излучения W, переносимая светом через эту поверхность за единицу времени: dw. (91.) dt Световой поток, приходящийся на единицу поверхности при нормальном падении света, называется о с в е щ е н н о с т ь ю E этой поверхности: E. (91.3) S В свою очередь, освещенность E выражается через силу света I, испускаемого источником света: I E, (91.4) l где l расстояние от источника до освещаемой им поверхности. Сила света измеряется в к а н д е л а х * ) : освещенность в л ю к с а х : световой поток в л ю м е н а х : I Кд; E лк; лм. Согласно (91.4), освещенность поверхности составляет 1 лк, если источник света силой 1 кд находится от нее на расстоянии 1 м: 1 лк = 1 кд / 1м. * ) Единица силы света кандела является одной из основных единиц системы СИ. 1 Кд сила света, испускаемого с поверхности S 1/ м полного излучателя в направлении нормали при температуре плавления платины 046,6 К и давлении Па. 3 Такая освещенность наблюдается в случае, когда световой поток в 1 лм падает нормально на поверхность площадью 1 м : 1 лк = 1 лм / 1м. Чувствительность фотоэлемента (ее среднее значение в некотором интервале освещенностей) можно найти по графику зависимости силы фототока i ф от светового потока Ф (см. рис. 91.3): iф f ( ). Чувствительность измеряется силой фототока i, выраженного в ф амперах ( А ), обусловленного световым потоком Ф в 1 лм. Единица ее измерения А / лм. Описание установки Экспериментальная установка изображена на рис. 91., а её электрическая схема на рис Фотоэлемент ФЭ, защищенный от внешнего освещения металлической трубкой Т, укреплен неподвижно на подставке. Клеммы его соединены со стрелочным гальванометром Г. Тумблер ТБ служит для включения установки. ФОТО Рис. 91. Внутри металлической трубки может перемещаться электрическая лампочка, (не показанная на рисунке), закрепленная в трубке меньшего диаметра. Лампочка питается от понижающего трансформатора ТР. 4 Перемещая тонкую трубку вдоль своей длины, мы изменяем расстояние l между лампочкой и фотоэлементом, изменяя тем самым его освещенность. Записывая показания гальванометра при разных положениях лампочки, строят график зависимости iф f ( ), схематически изображенный на рис На этом графике выбирают линейный участок и строят затем прямоугольный треугольник с катетами iф и. Значения длин этих катетов подставляют в формулу (91.1) и находят численное значение интегральной чувствительности фотоэлемента. Рис Рис Порядок выполнения работы 1. С помощью тумблера ТБ включить трансформатор, питающий лампочку и, перемещая трубку с лампочкой внутри трубки с фотоэлементом, установить такое значение фототока, чтобы стрелка гальванометра указывала на 0-е деление его шкалы. С помощью миллиметровой линейки измерить расстояние х, на которое выдвинута трубка с лампочкой. Расстояние l между лампочкой и фотоэлементом находится из условия l x R, где R минимальное расстояние между ними (указано на панели установки). Данные записать в таблицу Перемещая трубку с лампочкой, установить стрелку гальванометра последовательно на 18-е, 16-е, 4-е, -е деления 5 его шкалы, каждый раз измеряя расстояние l лампочки от фотоэлемента. 3. Данные опыта занести в таблицу Значения фототока во -м столбце таблицы находят умножением показаний гальванометра (числа делений n, на которое указывает стрелка) на цену одного деления его шкалы С, которая на этой шкале приведена. Тогда iф n C, ( А ). 4. Используя формулы (91.4) и (91.3), вычислить значения освещенности Е и светового потока Ф и занести их в таблицу. (Численные значения площади поверхности S и силы света I указаны на панели установки). 5. Построить на миллиметровой бумаге график зависимости iф f ( ). Используя линейный участок кривой, построить треугольник, отношение катетов которого, согласно (91.1), равно интегральной чувствительности фотоэлемента. Отчет о выполненной работе 1 Рабочие формулы для определения освещенности Е, светового потока Ф и интегральной чувствительности фотоэлемента : E I l, E Кд/м = лк; ES, лм; i ф, А/лм. 1.1 Данные, приведенные на панели установки: Минимальное расстояние от лампочки до фотоэлемента R 8 см. Сила света лампочки I Кд. Площадь чувствительной поверхности фотоэлемента 6 S 1,8 см. Цена деления шкалы гальванометра 3 Результаты эксперимента Таблица 91.1 C А/дел. Показания гальванометра п, дел Фототок i n C, ф А Расстояние от лампочки до фотоэлемента l, м Освещенность I E, l лк Световой поток ES, лм Контрольные вопросы 1 В чем заключается явление фотоэффекта? Что такое внутренний фотоэффект? 3 Что такое красная граница фотоэффекта? 7 4 Поясните, в чем заключается различие между металлами и полупроводниками с точки зрения зонной теории электропроводности твердых тел. 5 Каким свойством обладает контакт металла с полупроводником? Что такое электронный вентиль? 6 Какое устройство называется фотоэлементом? Какое практическое применение находят фотоэлементы? 7 Дайте определение светового потока, освещенности и силы света. В каких единицах они измеряются? 8 Что называется интегральной чувствительностью фотоэлемента? Как её можно измерить? Литература 1 Пасынков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы. Изд. Лань, Спб-Мск-Краснодар, 003, 480 с. Ландсберг Г.С. Оптика. Изд. Наука, М., 1989, 760 с. 8
Similar documents
View more...
We Need Your Support
Thank you for visiting our website and your interest in our free products and services. We are nonprofit website to share and download documents. To the running of this website, we need your help to support us.

Thanks to everyone for your continued support.

No, Thanks