Studiul elementelor sensibile fotoelectrice

BREVIAR TEORETIC

EFECTUL FOTOELECTRIC

Elementele sensibile fotoelectrice realizeaza conversia radiatiei electromagnetice (lumina) in mod pasiv (variatia unui parametru de circuit, de ex. rezistenta) sau in mod activ (genararea unei tensiuni sau a unui curent).

Transformarea radiatiei luminoase in semnal electric se bazeaza pe unul din fenomenele urmatoare:

a) fenomenul de fotoconductie care consta in modificarea conductivitatii electrice a unui semiconductor sub actiunea luminii;

b)    b) efectul fotovoltaic (fotoelectric) care consta in conversia directa a energiei luminoase in energie electrica;

c) c) fenomenul fotoemisiv care se manifesta intr-un tub electronic special prin emiterea de catre catod a electronilor atunci.cand acesta este iluminat.

Dintre sursele artificiale de radiatie luminoasa se mentioneaza:

a) lampile cu incandescenta care emit lumina alba,

b)    diode electroluminiscente (LED) și diode cu emisie in infraroșu (IRED), care emit o radiatie monocromatica

c) laserul care emite o radiatie monocromatica, coerenta.

Pentru concentrarea fasciculelor de radiatii, schimbarea directiei sau realizarea fascicolelor paralele se folosesc diverse piese și instrumente optice: lentile, prisme, diafragme, lupe, condensoare.

Elementele sensibile care convertesc radiatia luminoasa in semnal electric se numesc fotodetectoare sau fotosenzori.

Fotodetectoarele pot fi:

de tip generator - ca de exemplu celule fotovoltaice și fotoelemente MOS 

de tip parametric - ca de exemplu fotodiodele, fototranzistorii și fotorezistentele.

CELULE FOTOVOLTAICE

Celulele fotovoltaice sunt dispozitive semiconductoare (din siliciu, seleniu, germaniu) care realizeza un randament ridicat al efectului fotovoltaic.

Celula fotovoltaica din Si este cel mai des utilizata și are structura de baza prezentata in figura alaturata.

Semnificatia notatiilor din figura este urmatoarea:

T1, T2 - terminale; C- contacte; SiO₂ - strat de bioxid de siliciu; M- strat metalic; Si p - strat de siliciu tip p Si n - strat de siliciu tip n J- jonctiunea p-n RL- radiatie luminoasa; R, - rezistenta de sarcina externa.

Stratul de bioxid de siliciu este transparent și are rol antireflectorizant. Adancimea de formare a jonctiunii p-n nu depașește 3μm astfel incat stratul de siliciu p sa fie semitransparent pentru fotoni. Jonctiunea p-n actioneaza ca un camp electric permanent. Cand lumina patrunde in regiunea joncPiunii, fotonii incidenPi genereaza un curent de purtatori de sarcina, deci o tensiune electro-motoare (t.e.m.) la contactele metalice ale celulei. Acest curent este proportional cu iluminarea atunci cand celula este pusa in scurtcircuit.

Fotocurentul (curentul electric datorat iluminarii este functie de aria suprafetei fotosensibile, rezistenta de sarcina și iluminarea). Tensiunea la borne in circuit deschis variaza logaritmic cu iluminarea. Valoarea ei este dependenta de aria suprafetei fotosensibile și depinde de rezistenta de sarcina. Tensiunea maxima in circuit deschis este de aproximativ 0,5V. Pentru a crește t.e.m,fotocelulele se leaga in serie iar pentru a crește curentul, se leaga in paralel. Caracteristica curent-tensiune a celulei fotovoltaice este prezentata in figura alaturata:

Celula fotovoltaica este echivalenta cu o sursa de curent in paralel cu o rezistenta de sarcina și are simbolul prezentat in figura alaturata.

FOTODIODA

FOTOTRANZISTORUL

MODUL DE LUCRU

Lucrarea consta in executarea montajelor, masurarea  valorilor iluminarii si a marimilor electrice si trasarea carateristicilor de transfer la functionarea in gol si in scurtcircuit a senzorilor fotoelectrici.

Se realizeaza montajul: