Полупроводниковые фоторезисторы

Фоторезисторы – это дискретные светочувствительные ре­зисторы, принцип действия которых основан на изменении проводимости полупроводникового материала под действием светового излучения.

Фоторезисторы могут быть чувствительны к электромагнитному излучению в широком интервале длины волны (от ультрафиолетового до инфракрасного).

Для изготовления серийных фоторезисторов в настоящее время используют главным образом два типа материалов: сернистый кадмий и селенистый кадмий. Для изготовления резисторов типа ФСА применяют сернистый свинец.

Светочувствительный элемент фоторезистора изготавли­вается в виде прямоугольной или круглой таблетки, спрессо­ванной из полупроводникового материала или тонкой пленки на стеклянной подложке. Элемент может быть выполнен также из монокристаллических образцов полупроводниковых мате­риалов. Светочувствительный элемент фоторезисторов обыч­но помещают в пластмассовый или металлический корпус. Отдельные типы фоторезисторов выполняются в бескорпус­ном исполнении (ФСА-1а, ФСК-7а, ФСД-1а и т. д.). Свето­чувствительный элемент в них защищен от воздействия внеш­ней среды прозрачной пластмассовой пленкой.

Основными параметрами фоторезисторов являются:

U_P – рабочее напряжение – это постоянное напряжение, приложенное к фоторезистору, при котором обеспечены но­минальные значения его параметров при длительной работе; U_тах – максимально допустимое напряжение – это мак­симальное значение постоянного напряжения, приложенного к фоторезистору, при котором обеспечена заданная надеж­ность при длительной работе;

I_св – световой ток – ток, протекающий через фоторезис­тор при рабочем напряжении и воздействии потока излуче­ния заданных интенсивности и спектрального распределения; I_т – темновой ток – ток, протекающий через фоторезистор при рабочем напряжении в отсутствие потока излуче­ния в диапазоне спектральной чувствительности; Р_рас.тaх – максимально допустимая мощность рассеяния – максимальное значение мощности, рассеиваемой фоторезис­тором, при которой обеспечена заданная надежность при длительной работе; R_т– темновое сопротивление – сопротивление фоторе­зистора в отсутствие падающего на него излучения в диапа­зоне его спектральной чувствительности; К,– кратность изменения сопротивления – отношение сопротивления фоторезистора при воздействии на него потока излучения заданных интенсивности и спектрального распре­деления к его сопротивлению в отсутствие падающего на него излучения; т_сп – постоянная времени по спаду тока –время, в тече­ние которого световой ток уменьшается до значения 37 % от максимума при затемнении фоторезистора; т_н – постоянная времени по нарастанию тока – время, в течение которого световой ток увеличивается до значения 63 % от максимума при прямоугольной форме единичного импульса света; к„ах – максимум спектрального распределения – длина волны, соответствующая максимуму, спектральной чувстви­тельности фоторезистора.

Основные характеристики фоторезисторов – спектраль­ная, люкс-амперная, вольт-амперная.

Спектральная характеристика отображает чувствитель­ность фоторезистора при действии на него излучения опре­деленной длины волны. Чувствительность зависит от свойств материала светочувствительного элемента. Сернисто-кадмие­вые фоторезисторы имеют высокую чувствительность в види­мой области спектра, селенисто-кадмиевые – в красной и ближней инфракрасной областях, сернисто-свинцовые – в ин­фракрасной области спектра.

Люкс-амперная характеристика фоторезисторов показы­вает зависимость светового тока, протекающего через фото­резистор, от освещенности. Полупроводниковые фоторезисто­ры имеют обычно нелинейные люкс-амперные характеристики.

Вольт-амперная характеристика фоторезисторов пока­зывает зависимость светового тока, протекающего через фото­резистор, от приложенного к нему напряжения. Вольт-ампер­ная характеристика фоторезисторов линейна в широком ин­тервале напряжения. Линейность нарушается только при ма­лых значениях напряжения.

Зависимость светового тока фоторезистора от изменения окружающей температуры определяется температурным коэф­фициентом светового тока, который выражается формулой:

где I_СВ1 — световой ток при окружающей температуре Т₁, I_СВ2 – световой ток при окружающей температуре Т₂, Т₂ – Т₁ – заданный интервал окружающей температуры.

Кратность изменения сопротивления фоторезисторов вы­числяют по формуле:

Темповой ток измеряют при Т_{окр.ср.=} +20 °С, постоянном напряжении, равном U_p, и полном затемнении фоторезистора, а световой – при освещенности 200 ± 20 лк. Значение I_СВ сни­мают после воздействия света в течение 15 с, а I_Т после выдержки фоторезистора затемненным в течение 30 с.

Полупроводниковые фоторезисторы допускают работу и в импульсном режиме, при условии непревышения десятикрат­ной максимальной мощности рассеяния фоторезистора в импульсе, при средней мощности, не превышающей допусти­мого значения. Фоторезисторы могут работать при большой интенсивности света при условии непревышения допустимого значения мощности рассеяния.

Фоторезисторы обозначаются буквами СФ (сопротивление фоточувствительное) или ФС (старое обозначение). Буквами А, К, Д обозначается материал, используемый для светочувствительного элемента (А – PbS\ К – CdS; Д – CdSe). В новом обозначении буквы заменены цифрами 1,2 или 3 соот­ветственно после индекса СФ. Цифры, стоящие после дефиса, характеризуют конструктивное оформление фоторезис­тора. Перед цифрой может стоять буква Г, обозначающая герметизированную конструкцию.

КОНДЕНСАТОРЫ

Общие сведения

Электрический конденсатор – это элемент электрической цепи, предназначенный для использования его емкости. Кон­денсатор представляет собой систему из двух электродов (обкладок), разделенных диэлектриком, и обладает способ­ностью накапливать электрическую энергию.

Емкость конденсатора – электрическая емкость между электродами конденсатора (ГОСТ 19880-74), определяемая отношением накапливаемого в нем электрического заряда к приложенному напряжению. Емкость конденсатора зависит от материала диэлектрика, формы и взаимного расположения электродов C=q/U, где С – емкость, Ф; q – заряд, Кл; U – разность потенциалов на обкладках конденсатора, В.

За единицу емкости в Международной системе СИ прини­мают емкость такого конденсатора, у которого потенциал возрастает на один вольт при сообщении ему заряда один кулон (Кл). Эту единицу называют Фарадой (Ф). Для прак­тических целей она слишком велика, поэтому на практике используют более мелкие единицы емкости: микрофараду (мкФ), нанофараду (нФ) пикофараду (пФ). 1 Ф =10⁶мкФ = = 10⁹ нФ= 10¹² пФ.

Классификация

В основу классификации конденсаторов положено деле­ние их на группы по виду применяемого диэлектрика и по конструктивным особенностям, определяющим использование их в конкретных цепях аппаратуры. Классификация конден­саторов приведена на рис. 3.1.

Вид диэлектрика определяет основные электрические пара­метры конденсаторов: сопротивление изоляции, стабильность емкости, величину потерь и др. Конструктивные особенности определяют характерные области применения: помехоподавляющие, подстроечные, дозиметрические, импульсные и др.

Дальнейшее деление групп конденсаторов по виду диэлект­рика связано с использованием их в конкретных цепях аппаратуры, назначением и выполняемой функцией, например, низковольтные и высоковольтные, низкочастотные и высоко частотные, импульсные и др.

В зависимости от назначения можно условно разделить конденсаторы на конденсаторы общего и специального на­значения. Конденсаторы общего назначения используются практически в большинстве видов и классов аппаратуры. Традиционно к ним относят наиболее распространенные низ­ковольтные конденсаторы, к которым не предъявляются осо­бые требования. Все остальные конденсаторы являются спе­циальными. К ним относятся: высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, дозиметрические, пусковые и др.

По характеру изменения емкости различают конденсато­ры постоянной емкости, переменной емкости и подстроечные.

Из названия конденсаторов постоянной емкости вытекает, что их емкость является фиксированной и в процессе экс­плуатации не регулируется.

Конденсаторы переменной емкости допускают изменение емкости в процессе функционирования аппаратуры. Управ­ление емкостью может осуществляться механически, электри­ческим напряжением (вариконды) и температурой (термо­конденсаторы). Их применяют для плавной настройки коле­бательных контуров, в цепях автоматики и т. п.

Емкость подстроечных конденсаторов изменяется при ра­зовой или периодической регулировке и не изменяется в про­цессе функционирования аппаратуры. Их используют для подстройки и выравнивания начальных емкостей, сопрягаемых контуров, для периодической подстройки и регулировки цепей схем, где требуется незначительное изменение емкости.

Рис. 3.1. Классификация конденсаторов

Неизолированные конденсаторы (с покрытием или без по­крытия) не допускают касания своим корпусом шасси аппа­ратуры. Напротив, изолированные конденсаторы имеют доста­точно хорошее изоляционное покрытие (компаунды, пласт­массы) и допускают касания корпусом шасси или токоведущих частей аппаратуры.

Уплотненные конденсаторы имеют уплотненную органиче­скими материалами конструкцию корпуса.

Герметизированные конденсаторы имеют герметичную кон­струкцию корпуса, который исключает возможность сообще­ния окружающей среды с его внутренним пространством. Герметизация осуществляется с помощью керамических и ме­таллических корпусов или стеклянных колб.

По виду диэлектрика также можно разделить конденса­торы с органическим, неорганическим, газообразным и оксид­ным диэлектриком, который является также неорганическим, но в силу особой специфики характеристик выделен в отдель­ную группу.