ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 49

Тема: Изучение полупроводникового фотоэлемента (селенового фотоэлемента).

Цель работы: 1) изучить процессы, происходящие в фотоэлементе при освещении; 2) определить интегральную чувствительность фотоэлемента.

Приборы и принадлежности: установка, включающая оптическую скамью, фонарь, фотоэлемент, потенциометр, микроамперметр, вольтметр, линейку.

Краткая теория: Фотоэффект в запирающем слое, или вентильный фотоэффект, возникает в системе из двух полупроводников, имеющих различный характер проводимости. На границе полупроводников р- и n-типа ( р-n переход ) образуется, так называемый, двойной электрический слой, создающий электрическое поле, направленное от n-полупроводника к р-полупроводнику (он является причиной возникновения запирающего слоя, обладающего свойством односторонней проводимости).

При освещении фотоэлемента появляются свободные электроны и дырки, в результате чего контактная разность потенциалов р-n перехода уменьшается, равновесие нарушается и в цепи появляется ток. Изменение контактной разности потенциалов в освещенном р-n переходе равно возникшей электродвижущей силе, называемой электродвижущей силой фотоэлемента. Под действием света в полупроводниках появляются новые свободные электроны и дырки.

Электроны, появляющиеся в р-полупроводнике вблизи пограничного двойного слоя, могут легко переходить в n-полупроводник. Образующиеся в n-полупроводнике дырки легко переходят в р-полупроводник, а переход электронов затруднен. Это ведет к понижению положительного потенциала n-полупроводника и к повышению отрицательного потенциала р- полупроводника, т.е. уменьшению величины контактной разности потенциалов.

Исследуемый в работе селеновый фотоэлемент относится к типу фотоэлементов с запирающим слоем. Между чистым селеном и селеном с примесью напыленного металла, как между р- и n-полупроводниками, образуется запирающий слой.

Фототок i_ф элемента будет пропорционален величине светового потока Ф, падающего на активную поверхность фотоэлемента:i_ф = k Ф , где k - коэффициент пропорциональности или чувствительность фотоэлемента ( интегральная - для белого света, спектральная - для монохроматического света). Зависимость чувствительности фотоэлемента от длины волны селенового фотоэлемента схожа с аналогичной зависимостью для глаза человека.

В медицине селеновые фотоэлементы используются как генераторные датчики. Интегральная чувствительность фотоэлемента k выражается величиной силы тока в микроамперах, возникающего в цепи фотоэлемента при падении на него светового потока в 1 люмен: k = i / Ф. В СИ [k] = мкА/лм.

Световой поток можно выразить через освещенность Е активной поверхности фотоэлемента и ее площадь S: Ф = ЕS, а освещенность выразить через силу света источника I и расстояние от источника до фотоэлемента R:

Е = I/R² . Тогда интегральная чувствительность будет:

k = i / Ф = i / (ES) = i R² / ( I S ) , где i - сила фототока, Е - освещенность, S - площадь активной части фотоэлемента, I - сила света источника, R - расстояние от источника света до фотоэлемента.

Источник света представлен в виде лампы накаливания, сила света I которого постоянна. Сила света измеряется в канделах (кд). При напряжении, рекомендуемом в методическом пособии (200 В), сила света лампочки будет 50 кд.

Ход работы: Т А Б Л И Ц А

	№	Площ	Рассто	Сила	Фото	Интегр	Сред	Абсол	Относ
	оп	актив	от источ	света	ток	чувст	интегр	погреш	погреш
		части	до элем	источ			чувст
		S	R	I	i	k	k
		м2	м	кд	мкА	мкА/лм	мкА/лм	мкА/лм	%

Работа выполнена:

Дата ___________ _______________________

Подпись преподавателя __________________

Недостатки оптической системы глаза и некоторые методы их устранения.

1. Астигматизм - асимметрия оптической системы (несферическая форма роговицы или хрусталика). Глаз неспособен одинаково резко видеть взаимнопенпендикулярные линии на таблице. Этот недостаток компенсируется очками с цилиндрическими линзами.

2. Гиперметропия (дальнозоркость) - изображение от близкорасположенных объектов фокусируется за сетчаткой глаза. Данный недостаток компенсируется очками с собирающими линзами.

3. Миопия (близорукость) - изображение от далекорасположенных объектов фокусируется перед сетчаткой. Выделяют некоторые методы борьбы с миопией:

I) Применение рассеивающих очковых линз;

II) Применение контактных линз, которые непосредственно одеваются на роговицу глаза без воздушного зазора. Контактные линзы делятся на три класса:

а) мягкие (эластичные), в них можно заниматься некоторыми видами спорта; б) жесткие, которые набивают через некоторое время буртик на поверхности роговицы, что позволиет роговице легко “садится “ в образовавшееся “гнездо”; в) косметические, позволяющие менять цвет глаз (радужку).

III) Метод Утехина - к рассеивающим линзам добавляются призмы, позволяющие снизить (или совсем убрать) конвергенцию глаз. У детей применение этого метода с последующим уменьшением по модулю оптической силы рассеивающих линз часто приводит к значительному уменьшению миопии;

IV) Склеропластика применяется у детей для остановки роста глаза в глубину. Склероукрепляющая операция по Пивоварову - Чролю - это замена части склеры другой склерой (трупной, синтетической, склерой животных).

V) Насечки роговицы по методу академика Федорова позволяют за счет изменения геометрических параметров роговицы (а на нее приходится две трети оптической силы глаза) резко снизить миопию.

4. Помутневший хрусталик заменяют синтетическим, имеющим жесткие радиусы, или же эластичным искусственным хрусталиком, который подшивается к мышцам и, следовательно, может аккомодировать.

5. В 1989 году французский офтальмолог Пьер Антонетти создал очки для слепых, которые с помощью явления фотоэффекта фиксируют частоты видимого спектра, преобразуемые потом в слышимые частоты. Слепые в таких очках “видят” цвета, большие объекты. Дети через месяц ношения очков способны играть в прятки.