Fotocellule

Definitie

Een foto-elektrische transducer is een halfgeleiderapparaat dat lichtenergie omzet in elektrische energie. Het maakt gebruik van een lichtgevoelig element dat elektronen uitstoot wanneer het door licht wordt getroffen, waardoor de elektrische eigenschappen van het element veranderen en een stroom wordt opgewekt die evenredig is met de intensiteit van het geabsorbeerde licht. De schematische weergave hieronder illustreert de structuur van het halfgeleidermateriaal.

Een foto-elektrische transducer absorbeert lichtstraling die op zijn halfgeleidermateriaal valt. Deze absorptie geeft de elektronen in het materiaal energie, waardoor ze gaan bewegen. De mobiliteit van de elektronen veroorzaakt een van drie effecten:

• Een verandering in de weerstand van het materiaal.

• Een verandering in de uitgangsstroom van de halfgeleider.

• Een verandering in de uitgangsspanning van de halfgeleider.

Classificatie van Foto-elektrische Transducers

Foto-elektrische transducers worden als volgt ingedeeld:

Fotocell (Photoemissieve cel)

Een fotocel zet fotonen om in elektrische energie. Het bevat een anoderod en een kathodeplaat, beide bedekt met een foto-emissief materiaal zoals caesium antimonide.

Wanneer lichtstraling de kathodeplaat raakt, beginnen elektronen te stromen van de kathode naar de anode. Zowel de anode als de kathode zijn verzegeld in een gesloten, ondoorzichtige geëvacueerde buis. Wanneer lichtstraling de verzegelde buis bereikt, worden elektronen uit de kathode uitgestoten en bewegen ze zich richting de anode.

De anode wordt gehouden op een positief potentiaal, waardoor een foto-elektrische stroom door de anode stroomt. De grootte van deze stroom is direct evenredig met de intensiteit van het licht dat door de buis gaat.

Fotogevoelige Cel (Photoconductieve cel)

Een fotogevoelige cel zet lichtenergie om in elektrische stroom. Het maakt gebruik van halfgeleidermaterialen zoals cadmiumselenide, germanium (Ge) of selenium (Se) als het lichtgevoelige element.

Wanneer een lichtstraal het halfgeleidermateriaal raakt, neemt de geleidbaarheid toe, en gedraagt het materiaal zich als een gesloten schakelaar. Stroom stroomt dan door het materiaal, waardoor de wijzer van een meter afwijkt.

Photovoltaïsche Cel

Een photovoltaïsche cel is een type actieve transducer. Stroom begint te stromen in de photovoltaïsche cel wanneer er een belasting aan wordt aangesloten. Siliconen en selenium worden vaak gebruikt als halfgeleidermaterialen. Wanneer het halfgeleidermateriaal licht absorbeert (niet warmte), beginnen de vrije elektronen te bewegen - een fenomeen bekend als het photovoltaïsche effect.

De beweging van de elektronen genereert een stroom in de cel, bekend als de foto-elektrische stroom.

Fotodiode

Een fotodiode is een halfgeleiderapparaat dat licht omzet in stroom. Wanneer een fotodiode lichtenergie absorbeert, beginnen de elektronen in het halfgeleidermateriaal te bewegen. De fotodiode heeft een zeer korte responsietijd en is ontworpen om te werken onder inverse spanning.

Fototransistor

Een fototransistor is een apparaat dat lichtenergie omzet in elektrische energie, zowel stroom als spanning genereert.

Photovoltaïsche Cel

Een photovoltaïsche cel is een bipolaire component bestaande uit halfgeleidermateriaal, dat is opgesloten in een doorzichtige behuizing, waardoor licht gemakkelijk het lichtgevoelige element kan bereiken. Wanneer het element licht absorbeert, begint er stroom te stromen van de basis naar de emitter van het apparaat, die vervolgens wordt omgezet in spanning.