الضوئي

فريف: نوع خاص من جهاز الوصلات PN الذي يولد التيار عند التعرض للضوء يُعرف باسم Photodiode. ومن المعروف أيضا باسم photodetector أو حساس ضوئي. وهي تعمل في وضع عكسي متحيز و يحول الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية.

يوضح الشكل أدناه التمثيل الرمزي للثنائي الضوئي:

مبدأ الثنائي الضوئي

وهي تعمل على مبدأ التأثير الكهروضوئي.

مبدأ التشغيل من الثنائي الضوئي هو من هذا القبيلأنه عند إضاءة تقاطع جهاز أشباه الموصلات الطرفين ، يبدأ التيار الكهربائي بالتدفق عبره يتدفق التيار الأقلية فقط عبر الجهاز عند تطبيق إمكانية عكسية معينة عليه.

بناء الثنائي الضوئي

يوضح الشكل أدناه التفاصيل الإنشائية للثنائي الضوئي:

PN تقاطع الجهاز وضعت داخلمادة الزجاج. يتم ذلك للسماح للطاقة الضوئية بالمرور عبرها. نظرًا لأن الوصلة تتعرض للإشعاع فقط ، فإن الجزء الآخر من المادة الزجاجية مطلي باللون الأسود أو المعدني.

الوحدة الكلية ذات بعد صغير جدًا 2.5 مم.

من الجدير بالذكر أن التيار المتدفق عبر الجهاز في أمبير الصغير ويقاس من خلال مقياس التيار الكهربائي.

أوضاع التشغيل من الثنائي الضوئي

الثنائي الضوئي يعمل بشكل أساسي في وضعين:

• وضع الضوئية: يُعرف أيضًا باسم وضع التحيز الصفري نظرًا لعدم توفر أي إمكانات عكسية خارجية للجهاز. ومع ذلك ، فإن تدفق حاملة الأقلية سوف يحدث عندما يتعرض الجهاز للضوء.
• وضع الضوئية: عند تطبيق إمكانية عكسية معينة على الجهاز ، فإنه يتصرف كجهاز موصّل ضوئيًا. هنا ، تظهر زيادة في عرض النضوب مع التغيير المقابل في الجهد العكسي.

دعونا الآن نفهم ترتيب الدائرة التفصيلية وعمل الثنائي الضوئي.

عمل الثنائي الضوئي

في الثنائي الضوئي ، يتدفق تيار عكسي صغير جدًا عبر الجهاز الذي يطلق عليه الظلام الحالي. يطلق عليه ذلك لأن هذا التيار هو نتيجة تدفق ناقلات الأقليات تمامًا وبالتالي يتدفق عند عدم تعرض الجهاز للإشعاع.

الإلكترونات موجودة في الجانب p والثقوبالموجودة في الجانب ن هي ناقلات الأقلية. عندما يتم تطبيق بعض الجهد العكسي المتحيز ثم حاملة الأقلية ، فإن الثقوب من الجانب n تختبر قوة تنافر من الإمكانات الإيجابية للبطارية.

وبالمثل ، فإن الإلكترونات موجودة في الجانب pيواجه التنافر من الإمكانات السلبية للبطارية. وبسبب هذه الحركة إعادة تجميع الإلكترون وثقب عند التقاطع مما أدى إلى توليد منطقة نضوب عند التقاطع.

بسبب هذه الحركة ، يتدفق تيار عكسي صغير جدًا عبر الجهاز المعروف باسم التيار المظلم.

توليفة الإلكترون والثقب عند التقاطع تولد ذرة محايدة عند النضوب. بسبب أي تدفق مزيد من التيار مقيد.

الآن ، يتم تقاطع الجهازمع ضوء. عندما يسقط الضوء على سطح الوصلة ، تزداد درجة حرارة الوصلة. هذا يتسبب في فصل الإلكترون والثقب عن بعضهم البعض.

في الاثنين يحصل فصل ثم الإلكترونات من نينجذب الجانب نحو الإمكانات الإيجابية للبطارية. وبالمثل ، تنجذب الثقوب الموجودة في الجانب p إلى الإمكانات السلبية للبطارية.

هذه الحركة ثم يولد تيار عكسي عالية من خلال الجهاز.

مع ارتفاع شدة الضوء ، يتم إنشاء المزيد من حاملات الشحن وتتدفق عبر الجهاز. وبالتالي ، إنتاج تيار كهربائي كبير من خلال الجهاز.

ثم يتم استخدام هذا التيار لدفع الدوائر الأخرى للنظام.

لذلك ، يمكننا أن نقول أن كثافة الطاقة الضوئية تتناسب طرديا مع التيار من خلال الجهاز.

فقط الإمكانات الإيجابية المتحيزة يمكنها وضع الجهاز في أي حالة حالية في حالة الثنائي الضوئي

خصائص الثنائي الضوئي

يوضح الشكل أدناه المنحنى المميز السادس للثنائي الضوئي:

هنا ، يمثل الخط العمودي التيار العكسي الذي يتدفق عبر الجهاز ويمثل الخط الأفقي الإمكانية العكسية المنحازة.

يمثل المنحنى الأول التيار المظلم الذي يولد بسبب ناقلات الأقليات في غياب الضوء.

كما نرى في الشكل أعلاه ، فإن كل المنحنى يظهر تباعد متساوي تقريبا بينهما. هذا هو الحال لأن التيار يزداد تناسبيًا مع التدفق الضوئي.

يوضح الشكل أدناه منحنى التيار مقابل الإضاءة:

تجدر الإشارة هنا إلى أن التيار العكسي لا يُظهر زيادة كبيرة مع زيادة الإمكانية العكسية.

مزايا الثنائي الضوئي

• إنه يظهر استجابة سريعة عند التعرض للضوء.
• يوفر الثنائي الضوئي سرعة تشغيل عالية.
• ويوفر استجابة خطية.
• إنه جهاز منخفض التكلفة.

عيوب الثنائي الضوئي

• إنه جهاز يعتمد على درجة الحرارة. ويظهر ضعف درجة حرارة الاستقرار.
• عندما يتم توفير إضاءة منخفضة ، فإن التضخيم ضروري.

تطبيقات الثنائي الضوئي

1. الثنائيات الضوئية تجد أساسا استخدامها في العدادات والدوائر التبديل.
2. تستخدم الثنائيات الضوئية على نطاق واسع في نظام الاتصالات البصرية.
3. الدوائر المنطقية والتشفير أيضا الاستفادة من الثنائي الضوئي.
4. يستخدم على نطاق واسع في أنظمة الإنذار ضد السرقة. في أنظمة الإنذار هذه ، يتدفق التيار حتى لا يتوقف التعرض للإشعاع. نظرًا لفشل الطاقة الضوئية في السقوط على الجهاز ، فإنه يصدر صوتًا ناقوس الخطر.

في حالة الثنائي الضوئي النموذجي ، يكون التيار العكسي الطبيعي بعشرات من النطاقات الدقيقة.