Фоторезистор и фотодиод

Фоторезистор — это резистор, управляемый световым потоком Ф. Действие его основано на внутреннем фотоэффекте. ВАХ при неизменном потоке показана на рис. 13.25, а, люкс-амперная^[1] характеристика при неизменном напряжении — на рис. 13.25, б, спектральная характеристика I =/(Х) (ток — в относительных единицах, X — длина волны) при неизменных U и Ф — на рис. 13.25, в, частотная характеристика (р(/) при неизменных Фи U — на рис. 13.25, г.

Фотодиод (ФД) — это германиевый или кремниевый диод, обратный ток р-п-перехода которого зависит от освещенности перехода. Работа его основана на вентильном фотоэффекте.

Рис. 13.25

ФД могут работать с внешним источником (схема на рис. 13.26, а) и без него (рис. 13.27, а). ВАХ одного из типов серно-таллиевого ФД при различных Ф изображена на рис. 13.26, б.

Рис. 13.26

Рис. 13.27

При работе без внешнего источника питания фотогальваническая ЭДС достигает 0,1—0,2 В и более. Схема замещения для рис. 13.27, а изображена на рис. 13.27, б. ФД на нем представлен источником ЭДС холостого хода Е_х и внутренним сопротивлением R_B. ЭДС Е_х — нелинейная функция светового потока Ф. ВАХ R_B — кривая 1 на рис. 13.27, в, а прямая 2 — ВАХ R_H при Е_х = 0,2 В и R_H = 250 Ом. Пересечение 1 с 2 определяет рабочий режим.

Передача максимальной мощности линейной нагрузке от источника с нелинейным внутренним сопротивлением

В схеме на рис. 13.27, б линейной нагрузке сопротивлением Я_н передается мощность от источника ЭДС через резистор R_B, имеющий нелинейную ВАХ (кривая 1 на рис. 13.27, в). Обозначим через U_Rb напряжение на нелинейном резисторе. Мощность, выделяющаяся в нагрузке,

_D dP_H

Возьмем производную —— и приравняем ее к нулю:

dl

dU_R

Учтем, что Е_х - U_Rb = IR_H, а ^в = Я_диф представляет собой дифференциальное сопротивление нелинейного резистора. Следовательно, максимальная мощность передается нагрузке, когда в рабочей точке

D _ D

^ЛН -^-диф’

Если в схеме на рис. 13.27, б нелинейным будет не только внутреннее сопротивление источника питания, но и сопротивление нагрузки, то нагрузке будет передаваться максимальная мощность (энергия), когда в рабочей точке статическое сопротивление нагрузки равно дифференциальному сопротивлению источника питания (доказывается аналогично).

• [1] Люкс — это люмен/м2 — единица измерения освещенности.