III. Các linh kiện thu quang
a.Điện trở quang
Điện trở quang là một linh kiện quang thụ động, không có tiếp xúc P – N. Nó hoạt động dựa trên tính chất của bán dẫn là điện trở của bán dẫn phụ thuộc vào nồng độ hạt dẫn điện. Khi vật liệu hấp thụ ánh sáng, nồng độ hạt dẫn điện của nó tăng lên, do vậy điện trở của nó giảm xuống. Hàm của điện trở phụ thuộc vào c−ờng độ ánh sáng chiếu vào.
Cấu tạo và ký hiệu
Điện trở quang th−ờng đ−ợc chế tạo bằng vật liệu CdS, CdSe, ZnS hoặc các hỗn hợp tinh thể khác, nói chung là các vật liệu nhạy quang.
Điện trở quang gồm :
+ Một lớp vật liệu bán dẫn nhạy quang (có bề dày từ 1 àm đến 0,1 mm, tuỳ theo vật liệu sử dụng và công nghệ chế tạo)
+ Đế là chất cách điện
+ Tất cả đ−ợc phủ một lớp chống ẩm trong suốt đối với vùng ánh sáng hoạt động của quang trở.
+ Vỏ bọc bằng chất dẻo có cửa sổ cho ánh sáng đi qua
Nguyên tắc làm việc:
Khi chiếu ánh sáng vào lớp vật liệu nhạy quang thì các cặp điện tử – lỗ trống sẽ xuất hiện làm cho nồng độ hạt dẫn điện tăng lên, nói cách khác là điện trở của khối bán dẫn giảm xuống.
Độ dẫn điện của vật liệu bán dẫn nhạy quang đ−ợc tính theo công thức:
) (n n p p q à à σ = + Bán dẫn nhạy quang Chất cách điện Lớp chống phản quang Điện cực Chân cực Vật liệu nhạy quang
Ch−ơng IV: Linh kiện quang điện tử
với àn,àplà độ linh động của điện tử và lỗ trống n,p là nồng độ hạt dẫn của điện tử và lỗ trống
Nh− vậy, điện trở của quang trở phụ thuộc vào c−ờng đồ ánh sáng chiếu vào, nghĩa là c−ờng độ dòng qua điện trở thay đổi. Nói cách khác, sự biến đổi c−ờng độ ánh sáng đã chuyển thành sự biến đổi của c−ờng độ dòng điện trong mạch, hay tín hiệu quang đã đ−ợc chuyển thành tín hiệu điện.
Các tham số chính của quang trở
+ Điện dẫn suất σPlà hàm số của mật độ quang khi độ dài b−ớc sóng thay đổi. + Độ nhạy t−ơng đối của quang trở S(λ) là tỉ số giữa điện dẫn suất thay đổi theo b−ớc sóng và điện dẫn suất cực đại khi mật độ năng l−ợng quang không thay đổi.
const S p p p = = ( ) ) ( ) ( ) ( max λ ρ λ σ λ σ λ
+ Thời gian đáp ứng là thời gian hồi đáp của quang trở khi có sự thay đổi c−ờng độ sáng
Thông th−ờng khi c−ờng độ ánh sáng mạnh quang trở làm việc nhanh hơn. + Hệ số nhiệt của quang trở
Hệ số này tỉ lệ nghịch với c−ờng độ chiếu sáng. Do vậy quang trở cần làm việc ở mức chiếu sáng tốt nhất để giảm thiểu sự thay đổi trị số theo nhiệt độ.
+ Điện trở tối Rd
Rd là điện trở trong điều kiện không đ−ợc chiếu sáng của quang trở, nó sẽ cho biết dòng tối (hay dòng rò) lớn nhất.
+ Công suất tiêu tán lớn nhất
Khi hoạt động cần giữ cho nhiệt độ của quang trở nhỏ hơn nhiệt độ cho phép. Kích th−ớc của quang trở càng lớn thì khả năng tiêu tán nhiệt càng tốt.
Vật liệu chế tạo sẽ giới hạn dải nhiệt độ của quang trở từ 40 – 750C
b. Tế bào quang điện
Cấu tạo
Vật liệu dùng để chế tạo tế bào quang điện có thể là Ge, Si, CdS, ZnS …
Phần nhạy quang là tấm bán dẫn loại N với các cửa sổ trong suốt cho ánh sáng đi vào (th−ờng đ−ợc phủ thêm chất chống phản xạ quang).
Phía đối diện với bán dẫn N là lớp bán dẫn loại P+ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tất cả đ−ợc bọc trong lớp vỏ bảo vệ có 2 điện cực nối ra ngoài.
Nguyên tắc làm việc
Khi chiếu sáng lên lớp bán dẫn N, do quá trình l−ợng tử hoá các cặp điện tử – lỗ trống sẽ đ−ợc sinh ra. D−ới tác dụng của điện tr−ờng tiếp xúc chúng sẽ di chuyển về 2 điện cực. Lỗ trống di chuyển về phía N còn điện tử di chuyển về phía P. Việc di chuyển này của các hạt dẫn đã hình thành một hiệu điện thế giữa 2 đầu điện cực có chiều từ P Si - N
Si – P+ UF
Etx Rt
Ch−ơng IV: Linh kiện quang điện tử
sang N. Khi trạng thái cân bằng đ−ợc thiết lập thì giá trị hiệu điện thế này ổn định và nếu mắc điện trở tải thì sẽ có dòng qua điện trở này. Nh− vậy năng l−ợng quang đã đ−ợc chuyển thành năng l−ợng điện.