Фотоприемники - устройства, определенным образом реагирующие на световое излучение, повсеместно используются в различных устройствах и оборудовании.
Глобально они делятся на 3 типа:
- Фоторезисторы
- Фотодиоды
- Фототранзисторы
Разница этих элементов становится понятна при рассмотрении их строения. В каждом элементе используются полупроводники: в фоторезисторе один - n или p-типа, в фотодиоде два - n и p-типа, а в фототранзисторе три - два p-типа, один n-типа или наоборот.
Строение элементов определяет их принцип работы. Рассмотрим подробнее каждый тип фотоприемника.
Фоторезистор
Фоторезисторы состоят из слоя полупроводника n или p-типа и проводящих ток контактов.
Т.к. это резистор, то, очевидно, необходимо рассмотреть сопротивление материала полупроводника. При отсутствии светового излучения в кристаллической решетке полупроводника практически нет свободных электронов, они все связаны ковалентной связью между атомами, так же нет и дырок. При подаче напряжения на полупроводник движения заряженных частиц происходить не будет - сопротивление материала велико. Исключение может быть при наличии в полупроводнике примесей атомов веществ с валентностью выше чем у основного вещества, тогда при подаче напряжения на контакты полупроводника свободные электроны устремятся с "плюсовому" контакту, но значение тока будет очень маленьким.
При попадании излучения на поверхность полупроводника, кванты света ионизируют атомы вещества полупроводника, высвобождая валентные (связанные) электроны. Под действием напряжения источника питания, свободные электроны начинают движение к положительному полюсу, со стороны отрицательно полюса электроны начинают заполнять дырки тем самым ток в фоторезисторе увеличивается, удельное сопротивление материала полупроводника падает.
Фотодиод
Фотодиод состоит из двух полупроводников n и p-типа и проводящих контактов. В области n избыток электронов, в области p избыток свободных мест - дырок. В месте контакта двух полупроводников разных типов образуется p-n переход - зона в которой дырки одного полупроводника заполняются свободными электронами другого проводника, вследствие этого процесса заполнения у данного участка создается электрическое поле. Это поле не дает остальным свободным электронам n области перейти в область p.
При попадании света в область P-N перехода кванты света выбивают электроны из валентной связи, электрическое поле P-N перехода выносит этот электрон за пределы области в сторону Катода. В свою очередь, освободившееся место (дырку) замещают соседние электроны, тем самым, двигая дырку за пределы зоны в сторону Анода. Скопление отрицательных частиц с одной сторы и положительных с другой создает разность потенциалов - напряжение. Если подключить к фотодиоду нагрузку, данное напрядение создасть движение заряженных частиц - обратный ток.
Фототранзистор
Фототранзистор состоит из двух полупроводников p-типа и одного полупроводника n-типа (Или наоборот), проводящих контактов: коллектора и эмиттера.
Под действием светового потока начинает протекать ток эмиттер-база, тем самым открывая транзистор и обеспечивая течение тока эмиттер-коллектор.