ما هو ال Photodiode
التعريف:
يُعرف نوع خاص من أجهزة التوصيل PN التي تولد التيار عند تعرضها للضوء باسم Photodiode. يُعرف أيضًا باسم جهاز الكشف الضوئي أو جهاز الاستشعار الضوئي. تعمل في وضع منحاز عكسي وتحول الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية.
مبدأ التشغيل للديود الضوئي هو أنه عندما يضيء تقاطع جهاز أشباه الموصلات ثنائي الطرف ، يبدأ التيار الكهربائي في التدفق من خلاله. يتدفق تيار الأقلية فقط عبر الجهاز عندما يتم تطبيق إمكانية عكسية معينة عليه.
تفاصيل متضاربة من الثنائي الضوئي
تم وضع تقاطع PN للجهاز داخل مادة زجاجية. يتم ذلك للسماح بمرور الطاقة الضوئية من خلاله. نظرًا لأن التقاطع هو الوحيد الذي يتعرض للإشعاع ، فإن الجزء الآخر من مادة الزجاج مطلي باللون الأسود أو مطلي بالمعدن.
يشار إلى أن التيار المتدفق عبر الجهاز يكون بالميكرو أمبير ويقاس من خلال مقياس التيار الكهربائي.
وسائط التشغيل من Photodiode
يعمل الثنائي الضوئي بشكل أساسي في وضعين:
الوضع الكهروضوئي: يُعرف أيضًا باسم وضع التحيز الصفري لأنه لا يتم توفير إمكانات عكسية خارجية للجهاز. ومع ذلك ، سيحدث تدفق حامل الأقلية عندما يتعرض الجهاز للضوء.
وضع موصل ضوئي: عندما يتم تطبيق جهد عكسي معين على الجهاز ، فإنه يتصرف كجهاز موصل ضوئي. هنا ، لوحظ زيادة في عرض النضوب مع التغيير المقابل في الجهد العكسي.
دعونا الآن نفهم الترتيب التفصيلي للدائرة وعمل الثنائي الضوئي.
عمل Photodiode
في الثنائي الضوئي ، يتدفق تيار عكسي صغير جدًا عبر الجهاز الذي يُطلق عليه التيار المظلم. يطلق عليه ذلك لأن هذا التيار هو نتيجة لتدفق ناقلات الأقلية وبالتالي يتدفق عندما لا يتعرض الجهاز للإشعاع.
الإلكترونات الموجودة في الجانب p والثقوب الموجودة في الجانب n هي ناقلات الأقلية. عندما يتم تطبيق جهد منحاز عكسي معين ثم حامل الأقلية ، فإن الثقوب من الجانب n تتعرض لقوة تنافر من الإمكانات الإيجابية للبطارية.
وبالمثل ، فإن الإلكترونات الموجودة في الجانب p تتعرض للتنافر من الجهد السلبي للبطارية. بسبب هذه الحركة ، يتحد الإلكترون والثقب عند التقاطع مما ينتج عنه منطقة استنفاد عند التقاطع.
بسبب هذه الحركة ، يتدفق تيار عكسي صغير جدًا عبر الجهاز المعروف باسم التيار المظلم.
ينتج عن الجمع بين الإلكترون والفتحة عند التقاطع ذرة محايدة عند النضوب. بسبب أي تدفق إضافي للتيار مقيد.
الآن ، تقاطع الجهاز مضاء بالضوء. عندما يسقط الضوء على سطح التقاطع ، تزداد درجة حرارة التقاطع. يؤدي هذا إلى فصل الإلكترون والفتحة عن بعضهما البعض.
يتم فصل الاثنين ثم تنجذب الإلكترونات من الجانب n نحو الإمكانات الإيجابية للبطارية. وبالمثل ، تنجذب الثقوب الموجودة في الجانب p إلى الإمكانات السلبية للبطارية.
تولد هذه الحركة بعد ذلك تيارًا عكسيًا عاليًا من خلال الجهاز.
مع ارتفاع شدة الضوء ، يتم إنشاء المزيد من ناقلات الشحن وتدفق عبر الجهاز. وبذلك ينتج تيار كهربائي كبير من خلال الجهاز.
ثم يتم استخدام هذا التيار لقيادة الدوائر الأخرى للنظام.
لذلك ، يمكننا القول أن شدة الطاقة الضوئية تتناسب طرديًا مع التيار عبر الجهاز.
يمكن فقط للقدرة المنحازة الإيجابية أن تضع الجهاز في أي حالة حالية في حالة الثنائي الضوئي.
خصائص الثنائي الضوئي
يوضح الشكل أدناه المنحنى المميز للديود الضوئي: خصائص الثنائي الضوئي
هنا ، يمثل الخط العمودي التيار العكسي المتدفق عبر الجهاز ويمثل الخط الأفقي إمكانات الانحياز العكسي.
يمثل المنحنى الأول التيار المظلم الذي يولد بسبب ناقلات الأقلية في غياب الضوء.
كما نرى في الشكل أعلاه ، فإن كل المنحنى يظهر مسافات متساوية تقريبًا بينهما. هذا لأن التيار يزيد بشكل متناسب مع التدفق الضوئي.
يوضح الشكل أدناه منحنى التيار مقابل الإضاءة:
الإضاءة مقابل المنحنى الحالي
من الجدير بالذكر هنا أن التيار العكسي لا يظهر زيادة كبيرة مع الزيادة في الجهد العكسي.
مزايا الثنائي الضوئي
يظهر استجابة سريعة عند تعرضه للضوء.
يوفر الثنائي الضوئي سرعة تشغيلية عالية.
يوفر استجابة خطية.
إنه جهاز منخفض التكلفة.
مساوئ Photodiode
إنه جهاز يعتمد على درجة الحرارة. ويظهر ضعف استقرار درجة الحرارة.
عندما يتم توفير إضاءة منخفضة ، فإن التضخيم ضروري ذ.
تطبيقات الثنائي الضوئي
تجد الثنائيات الضوئية بشكل رئيسي استخدامها في العدادات ودوائر التبديل.
تستخدم الثنائيات الضوئية على نطاق واسع في نظام الاتصالات البصرية.
تستفيد الدوائر المنطقية والمشفرات أيضًا من الثنائي الضوئي.
يستخدم على نطاق واسع في أنظمة الإنذار ضد السرقة. في أنظمة الإنذار هذه ، يتدفق التيار إلى أن لا ينقطع التعرض للإشعاع. عندما تفشل الطاقة الضوئية في السقوط على الجهاز ، يصدر صوت الإنذار.
في حالة الصمام الثنائي الضوئي النموذجي ، يكون التيار العكسي العادي في نطاق عشرات من الأمبير.
تعليقات
إرسال تعليق