Фотоэлемент

Условие

Республиканская олимпиада 2010 11 класс № 2

Фотоэлемент – устройство, преобразующее энергию электромагнитного излучения в электрическую энергию. Простейший фотоэлемент представляет собой полупроводниковый прибор с p-n-переходом. При поглощении оптического излучения в результате внутреннего фотоэффекта увеличивается число свободных носителей заряда, которые разделяются полем перехода. В результате этого по обе стороны от перехода создается разность потенциалов – фото-ЭДС.

Часть 1. Идеальный фотоэлемент

Идеальный фотоэлемент можно представить в виде источника тока и диода, соединенных параллельно (рис.1). Величина фототока , генерируемого источником, определяется только интенсивностью и спектральным составом света и не зависит от сопротивления нагрузки. Диод является нелинейным элементом. Ток диода и напряжение на нем связаны соотношением:

где – некоторая известная постоянная величина.

1.1 К фотоэлементу подключен резистор с сопротивлением $н$ . Считая известной величину фототока , определите показания амперметра и вольтметра.

1.2 Сопротивление нагрузки $н$ изменяют от нуля до очень большого значения. Как при этом зависит ток в нагрузке от напряжения $н н$ ?

1.3 Чему равен ток короткого замыкания $кз$ ( $н$ ) и напряжение холостого хода $хх$ ( $н$ )?

1.4 Изобразите график зависимости $н н$ .

1.5 Определите, при каком значении сопротивления нагрузки в ней выделяется максимальная мощность и чему она равна (). Чему при этом равны ток и напряжение на резисторе и ?

1.6 Пусть мА, $А В$ . Приведите численные значения $кз$ , $хх$ , , , и .

Часть 2. Потери энергии в фотоэлементе.

Более приближенная к реальности модель фотоэлемента должна учитывать омические потери внутри него (сопротивление пластины полупроводника, контактов и т.д.). При этом эквивалентная схема усложняется. В ней появляются сопротивление, подключенное параллельно источнику тока $ПАР$ , и последовательное сопротивление $ПОС$ (рис.2.), значения которых считайте известными.

2.1 К фотоэлементу подключен резистор с сопротивлением $Н$ . Считая известными величину фототока $Ф$ , а также значения сопротивлений $ПОС$ и $ПАР$ , определите показания амперметра и вольтметра.

2.2 Сопротивление нагрузки $Н$ изменяют от нуля до очень большого значения. Составьте уравнение, связывающее ток и напряжение на нагрузке.

2.3 Выразите величины тока короткого замыкания и напряжения холостого хода. Пусть (как и в первой части задачи) $Ф$ мА, $А В$ , а сопротивления равны: $ПОС$ Ом, $ПАР$ .

2.4 Определите численные значения $КЗ$ , $ХХ$ .

2.5 Используя численные значения, изобразите график зависимости $Н Н$ .

2.6 Определите, при каком напряжении на нагрузке в ней выделяется максимальная мощность. Чему она равна?

Нужна подсказка? →

Условие

Похожие задачи