ما هو الثنائي الضوئي؟ (الجزء 2)

يمكن حل المشكلات التالية باستخدامالثنائي الضوئيأو الترانزستور الضوئي. على سبيل المثال ، تحتاج كاميرا الهاتف إلى قياس الإضاءة المحيطة لتحديد ما إذا كان الفلاش بحاجة إلى التنشيط. كيف يتم تقييم مستويات الأكسجين في الدم بشكل غير جراحي؟ تعمل هذه الأجهزة الإلكترونية الضوئية على تحويل الضوء (الفوتونات) إلى إشارات كهربائية يمكن للمعالج الدقيق (أو المتحكم الدقيق) "رؤيتها". وبهذه الطريقة ، يمكن التحكم في تحديد موضع الأشياء وترتيبها ، وتحديد شدة الضوء وقياس الخصائص الفيزيائية للمادة بناءً على تفاعلها مع الضوء.

الآن دعنا نتحدث عن الجزء الثاني.

1. هيكل الثنائي الضوئي

أحد المتطلبات الرئيسية للديود الضوئي هو منطقة مناسبة لتجميع الضوء. داخل تقاطع PN القياسي ، يكون هذا صغيرًا نسبيًا ، ولكن يمكن زيادة المنطقة باستخدام صمام ثنائي PIN. نظرًا لأن المنطقة الجوهرية موجودة في التقاطع النشط المستخدم لجمع الضوء ، فإن المنطقة المستخدمة لجمع الضوء أكبر بكثير ، مما يجعل الثنائي الضوئي PIN أكثر كفاءة.

في عملية تصنيع الثنائي الضوئي ، يتم إدخال طبقات داخلية سميكة بين الطبقات من النوع P والنوع N. يمكن أن تكون الطبقة المتوسطة eigen متجانسة تمامًا أو مخدرة بشكل خفيف جدًا لجعلها طبقة N. في بعض الحالات ، يمكن أن تنمو على الركيزة كطبقة فوقية ، أو يمكن احتواؤها داخل الركيزة نفسها.

يمكن تطوير طبقة الانتشار P plus على طبقة فوقية من النوع N مخدر بشدة. يتكون التلامس من تصميم معدني ويمكن صنعه في محطتين مثل الأنود والكاثود. يمكن تقسيم المنطقة الأمامية من الصمام الثنائي إلى نوعين ، مثل السطح النشط والسطح الخامل.

يمكن تصميم السطح الخامل باستخدام ثاني أكسيد السيليكون (SiO2). على سطح نشط ، يمكن أن يسطع الضوء عليه ، بينما على سطح غير نشط ، لا يمكن للضوء أن يلمع. من خلال تغطية السطح النشط بمادة مضادة للانعكاس ، لا تضيع طاقة الضوء ، ويمكن تحويل الحد الأقصى إلى تيار كهربائي.

أحد المتطلبات الرئيسية للديود الضوئي هو ضمان وصول أقصى قدر من الضوء إلى الطبقة الجوهرية. من أكثر الطرق فعالية لتحقيق ذلك وضع نقاط التلامس الكهربائية على جانب الجهاز ، كما هو موضح في الصورة. هذا يسمح لأقصى قدر من الضوء بالوصول إلى المنطقة الفعالة. لقد وجد أنه نظرًا لأن الركيزة مخدرة بشدة ، فلا يوجد أي فقد للضوء تقريبًا لأن هذه ليست منطقة نشطة.

نظرًا لأن الضوء يُمتص في الغالب على مسافة معينة ، فإن سماكة الطبقة الجوهرية تتطابق عادةً مع هذا. أي زيادة في هذه السماكة ستقلل من سرعة التشغيل - عامل مهم في العديد من التطبيقات - ولن تزيد الكفاءة بشكل كبير.

يمكن للضوء أيضًا أن يدخل في الثنائي الضوئي من جانب واحد من التقاطع. من خلال تشغيل الثنائي الضوئي بهذه الطريقة ، يمكن عمل عدد أقل من الطبقات الجوهرية لزيادة سرعة التشغيل ، وإن كان ذلك بكفاءة منخفضة.

في بعض الحالات ، يمكن استخدام غير المتجانسة. يتمتع هذا الشكل من البناء بمرونة إضافية لاستقبال الضوء من الركيزة ولديه فجوة طاقة أكبر ، مما يجعلها شفافة للضوء.

كعملية أقل معيارًا ، يكون تنفيذها أكثر تكلفة وبالتالي تميل إلى استخدامها لمنتجات أكثر تخصصًا.

2. خصائص الثنائي الضوئي

(1) خصائص فولت أمبير

يشير إلى العلاقة بين التيار الضوئي على الثنائي الضوئي والجهد المطبق عليه.

(2) خصائص الإضاءة

يشير إلى العلاقة بين التدفق الضوئي والتيار الضوئي عندما يكون جهد الثنائي الضوئي بين الكاثود والأنود ثابتًا. يُطلق على منحدر المنحنى المميز للضوء حساسية الثنائي الضوئي.

(3) الخصائص الطيفية

تسمى العلاقة بين التيار الضوئي والطول الموجي للضوء الساقط بالخاصية الطيفية. ترتبط طاقة الفوتون بطول موجة الضوء: فكلما زاد طول الموجة ، كانت طاقة الفوتون أصغر ؛ كلما كان الطول الموجي أقصر ، زادت طاقة الفوتون.

3. وظيفة الثنائي الضوئي

(1) التحكم في الضوء

يمكن استخدام الثنائي الضوئي كمفتاح كهروضوئي ، وتظهر دائرته في الشكل التالي. في حالة عدم وجود ضوء ، يتم قطع الثنائي الضوئي VD1 بسبب الجهد العكسي. يتم أيضًا قطع الترانزستورات VT1 و VT2 بدون تيار أساسي. التتابع في حالة الإصدار.

عندما ينبعث الضوء على VD1 ، فإنه ينتقل من القطع إلى التوصيل. نتيجة لذلك ، يتم تشغيل VT1 و VT2 على التوالي ، ويرسم التتابع K ، ويتم تشغيل دائرة التحكم.

(2) استقبال إشارة بصرية

يمكن استخدام الثنائيات الضوئية لاستقبال الإشارات الضوئية. توضح الصورة التالية دارة الثنائي الضوئي للتضخيم للإشارة الضوئية. يتم استقبال إشارة الضوء بواسطة الثنائي الضوئي VD ، وتضخيمها بواسطة VT ، والإخراج بواسطة مكثف اقتران C.

4. تطبيقات Photodiode

(1) ضوئية

تعد الخلية الكهروضوئية في الأساس مساحة كبيرة من تقاطع PN. عندما ينبعث الضوء على سطح تقاطع PN ، مثل سطح المنطقة P ، ينتج كل فوتون في المنطقة P زوجًا حرًا من الثقوب الإلكترونية إذا كانت طاقة الفوتون أكبر من عرض النطاق الترددي لمادة أشباه الموصلات.

ينتشر زوج ثقب الإلكترون بسرعة إلى الداخل ويشكل قوة دافعة كهربائية مرتبطة بكثافة الضوء تحت المجال الكهربائي للتقاطع. في هذا الوقت ، إذا استخدمناها كمصدر للطاقة وقمنا بتوصيلها بدائرة خارجية ، طالما كان هناك ضوء ، فستستمر في توفير الطاقة ، وهي خلية ضوئية. بمعنى آخر ، الخلية الكهروضوئية عبارة عن جهاز كهروضوئي PN-junction بدون جهد متحيز. يمكنه تحويل الطاقة الضوئية مباشرة إلى كهرباء.

(2) الخلايا الشمسية

الخلية الشمسية هي جهاز أشباه الموصلات. عندما يصطدم ضوء الشمس بأشباه الموصلات ، ينعكس بعضه ويمتص الباقي أو يخترق أشباه الموصلات. يتحول بعض الضوء الممتص إلى حرارة ، بينما تتصادم الفوتونات الأخرى مع إلكترونات التكافؤ التي تشكل أشباه الموصلات ، مما ينتج عنه أزواج ثقوب إلكترونية. بهذه الطريقة ، يتم تحويل الطاقة الضوئية إلى كهرباء.

لذلك ، بعد تشعيع ضوء الشمس ، سيولد طرفا الخلية الشمسية جهدًا مستمرًا ، وبالتالي تحويل طاقة ضوء الشمس مباشرة إلى تيار مستمر. إذا قمنا بلحام المعدن الذي يؤدي إلى طبقات P و N وقمنا بتوصيل الحمل ، فسوف يتدفق التيار عبر الدائرة الخارجية.

بهذه الطريقة ، إذا قمنا بتوصيل سلسلة الخلايا الكهروضوئية بالتوازي ، يمكن توليد جهد معين وتيار لإخراج الطاقة.

(3) نظام الإضاءة الكهروضوئية

نظام توليد الطاقة الكهروضوئية هو نظام لتوليد الطاقة يستخدم الخلايا الشمسية لتحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء. يستخدم التأثير الكهروضوئي.

المكونات الرئيسية هي الخلايا الشمسية والبطاريات وأجهزة التحكم والمحولات. موثوقية عالية ، عمر خدمة طويل ، لا تلوث ، توليد طاقة مستقل ، عملية متصلة بشبكة الثنائي الضوئي.

نظرًا لأن الوضع الكهروضوئي للديود الضوئي يتأثر بشكل كبير بالعوامل البيئية الخارجية مثل الضوء ودرجة الحرارة ، فإن نقطة التشغيل تتغير بسرعة. هناك أنظمة توليد طاقة مستقلة وأنظمة توليد طاقة متصلة بالشبكة.

① نظام توليد الطاقة الكهروضوئية المستقل

نظام توليد الطاقة الكهروضوئية المستقل هو طريقة لتوليد الطاقة غير متصلة بالشبكة. يحتاج إلى بطاريات لتخزين الطاقة ليلا. يستخدم توليد الطاقة الكهروضوئية الشمسية المستقلة بشكل رئيسي في القرى والمنازل النائية

مخطط هيكل نظام توليد الفولت

② نظام توليد الطاقة الكهروضوئية المتصل بالشبكة

نظام توليد الطاقة الكهروضوئية المتصل بالشبكة متصل بالشبكة الوطنية لتزويد الشبكة بالطاقة. لا تحتاج بطاريات. توجد أنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية السكنية في الغالب في المنزل. كما أنها تستخدم في المرافق العامة وأنظمة إضاءة المناظر الطبيعية الليلية ومزارع الطاقة الشمسية.

(4) التطبيقات الأخرى للديودات الضوئية هي:

• يستخدم الثنائي الضوئي كجهاز استشعار للضوء. نظرًا لأن التيار الموجود فيه يتناسب مع شدة الضوء ، فإنه يستخدم أيضًا لقياس شدة الضوء.

• يمكن استخدام الثنائيات الضوئية الموجودة في أجهزة الكشف عن الدخان لاستشعار الدخان والنار.

• يتم الجمع بين الصمامات الثنائية الضوئية ومصابيح LED لصنع عوازل بصرية ومقارنات بصرية

• تستخدم كخلية شمسية في الألواح الشمسية

• تستخدم لماسح ضوئي للرموز الشريطية ، والتعرف على الأحرف

• بالنسبة لأنظمة الكشف عن العوائق ،

• يمكن استخدامها كحضور للصفحة وعداد للصفحات في الطابعات

• لاكتشاف القرب ، مقياس التأكسج

• كما أنها تستخدم في أجهزة التشفير وأجهزة فك التشفير الضوئية

• نقل المعلومات الضوئية على أساس اتصالات الألياف الضوئية

•موقف الاستشعار

معلومات الاتصال:

إذا كانت لديك أية أفكار ، فلا تتردد في التحدث إلينا. بغض النظر عن مكان وجود عملائنا ومتطلباتنا ، سوف نتبع هدفنا لتزويد عملائنا بجودة عالية وأسعار منخفضة وأفضل خدمة.