 |
:: عضو ذهبي ::
تاريخ التسجيل: Nov 2013
الدولة: سوريا الحبيبة
المشاركات: 4,248
|
|
نشاط [ محمدابوعلي ]
قوة السمعة:
|
|
21-05-2014, 12:08 AM
المشاركة 149
|
|
السلام عليكم مهندسنا الحبيب الاخ محسن (فكروعلم) الغالي وان شاء الله تكون بالف الف خير....
اسمحوا لي بهذا الشرح بخصوص موضوعنا الجميل عن الالكترونيات الضوئيه......
هي العناصر الالكترونية التي تتغيير خواصها أو يمكن التحكم بها بواسطة الضوء,أو تخلق أو تعدل الضوء.
العناصر الكهروضوئية Opto Electronic Devices
من حيث المبدأ يعتبر االضوء شكل من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي يرى بالعين البشرية و هو لا يختلف عن بقية أصناف الإشعاعات الكهرو مغناطيسة مثل ألأشعة الكونية و أشعة غاما و أشعة أكس و الترددات الراديوية إلا من حيث قيمة التردد frequency و يمتد الترددالضوئي من 300GHz إلى 300 مليون GHz (غيغا هيرتز) يبداء من الأشعة تحت الحمراء و ينتهي بالأشعة فوق البنفسجية أما الضوء الذي تراه العين البشرية و يقصد هنا ضوء الشمس و مكون من عدة ألوان (أحمر- برتقالي - أصفر - أخضر - سماوي - أزرق - بنفسجي ) يقع مجال تردده بين حوالي 400GHz إلى ما يقارب 750GHz .
وللضوء خاصية مزدوجة فهو ينتشر في الفضاء كالأمواج الراديوية و يسلك كما لو كان مكوناً من العديد من الجسيمات الدقيقة .
و هذا تقسيم للمجال الترددي :
التردد السمعي و يمتد من 50 Hz إلى 16 KHz
الترددات الراديوية ( (RF و يمتد من 16 KHz إلى 30,000 MHz تقريباً
الترددات الضوئية و تمتد من 300 GHz إلى 300,000,000GHz تقريباً و تبداء من الأشعة تحت الحمراء و تنتهي بالأشعة ما فوق البنفسجية حيث تبداء أشعة إكس
مع اعلم أن:
1KHz = 1000Hz (K) كيلو
1MHz = 1000KHz (M) ميغا 1,000,000 Hz
1GHz = 1000MHz (G) غيغا 1,000,000 KHz
العناصر الحساسة للضوء Light Sensitive Devices
إن العناصر الحساسة للضوء تستجيب للتغيرات التي تطراء على شدة الضوء و ذلك بتغيير مقاومتها الداخلية (أي تقل قيمة مقاومتها بزيادة شدة الضوء ) و تسمى مقاومة ضوئية (photosensitive resistance)
أو بتوليد تيار كهربائي و يزداد شدة التيار الكهربائي بزيادة شدة الضوء وتدعى الخلايا الضوئية وتسمى ايضاً الخلايا الشمسية .
( photo sensitive cells )
المقاومة الكهرو ضوئية photosensitive resistance

المقاومة الكهروضوئية واحدة من أقدم العناصر الكهروضوئية وهذه المقاومة تتناقص قيمتها بازدياد شدة الضوء الساقط عليها و تصنع المقاومة الكهروضوئية من مواد حساسة للضوء مثل (سلفيد الكاديوم) (Cds) أو (سليتيد الكاديوم) (Cdse), بالرغم من أن مواد أخرى مثل (سلفيد الرصاص) قد استخدمت . كما يمكن لهذه المواد أن تطعم بمواد أخرى كالنحاس أو الكلور و ذلك لتحسين عمل المقاومة الكهروضوئية وذلك لضبط الطريقة الصحيحة التي تتغير بها قيمة المقاومة وفقاً لشدة الضوء .
إن معظم المقاومات الكهروضوئية تستطيع أن تتحمل فولت يتراوح مابين 100v و 200v
و 300v ولكن استهلاك (الواط) ) (w القدرة العظمى لهذه العناصر يتراوح مابين 30 ملي واط و 300 ملي واط .
للمقاومة الكهروضوئية تطبيقات عديدة في الإلكترونيات فعلى سبيل المثال , تستعمل غالباً في أجهرة الإنذار و فاتحت الأبواب الآلية حيث يتطلب الأمر الإحساس بوجود ضوء أو غيابه و يبين الشكل التالي إحدى أبسط التطبيقات لهذا العنصر .
ان تغيير شدة الضوء نتيجة وجود جسم معين يؤدي الى تغيير التيار المار في الدارة وجذب الحاكمة باتجاه اغلاق دارة الجرس فيرن الجرس عند ذلك
الترانزستور الضوئيphototransistor
ومع تطور العلوم الإلكترونية تم تصنيع عنصر كهروضوئي من مادة السيليكون تشبه من حيث التركيب الترانزيستور.
و هو الترانزيستور الضوئي phototransistor إلا أنه يختلف عنه بأن قاعدة الترانزيستورعبارة عن مادة حساسة للضوء تتحكم بكمية التيار الذي يمر من E إلى C .ويبين ذلك الشكل أدناه.
ومن استخداماته :
أجهزة الإنذار , فاتح الأبواب الآلي , و دوائر إغلاق الستائر عند غياب الشمس أو العكس, و دوائر أخرى يتطلب عملها الإحساس بالضوء . كما أنه يستخدم في أجهزة التلفزيون كوحدة استقبال لجهاز التحكم (remote control)
و يمتاز الترانزيستور بإمكانية عمله مع الضوء الغير مرئي مثل الأشعة تحت الحمراء . حيث يمكن استحدامه في أجهزةالإنذار ضد اللصوص
الثنائي الضوئي Led
هو ثنائي يقوم بالاصدار المحثوث للضوء عندما يجتازه تيار(أي يقوم باصدار حزم من الفوتونات) وفيه يستخدم زرنيخ الجاليوم أو فوسفور الجاليوم بدلا من السيلكون و الجرمانيوم الذان يستخدمان في تصميم الثنائي العادي.
يمكن التحكم بلون الضوء المنبعث من الثنائي بتحديد نوع اشابة المادة المكونة له فمن الألوان الشائعة الأحمر و الأخضر و الأصفر
والصورة المبينة أعلاه تبين الشكل العملي للثنائي المصدر للضوء و رمزه الكهربائي .
يمكن أن يستخدم في اضاءة لوحات الاعلانات في الطرق كذلك فان الحزمة اليزرية التي يصدرها يمكن أن تكون مفيدة في قراءة الأقراص المضغوطة (CD) و كذلك أقراص الفيديو الرقمية(DVD).
يتم فحص الثنائي الضوئي باستخدام الأوميتر بوضعه على 1 أوم كذلك فانه يضيئ عند وصلة بالاتجاه الأمامي فقط مع منبع تغذية.
يمكن تشغيل الثنائي الضوئي على خطوط الشبكة العامة باضافة مقوم للتيار و مقاومة قيمتها 10 كيلو أوم على التسلسل .
تطبيقات العناصر الكهرضوئية
المقاومة الكهرضوئية:
يمكن أن تستخدم المقاومة الكهرضوئية مع الترنزستور في دارة المفتاح الالكتروني والذي يمثل الترانزستور فيه دور القاطع حيث يوصل عندما يكون جهد القاعدة و وجهد المجمع موجبين بالنسبة الى جهد الباعث وتكون عندها وصلتي الترانزستور منحازتين عكسيا في ترانزستور NPN .
أما اذا كان الترانزستور من نوع PNP يجب أن يكون جهد القاعدة والمجمع
سالبين بالنسبة الى جهد الباعث ويبين الشكل أدناه الدارة العملية المستخدمة:
وينحصر دور المقاومة الكهرضوئية في التحكم بانحياز الترانزستور،وبالتالي
فان الدارة تعمل في الظلام تتوقف عند مستوى معين من الاضاءة.
وتتراوح قيمة المقاومة المتغيرة بين 1و10أوم وتعمل الدارة بشكل جيد عند
القيمتين 4 و 5 أوم .
هذا ويمكن أن تستخدم الدارة كجهاز انذار حيث يضيئ المصباح عندما يتم
حجب الضوء الساقط غلى الخلية الكهرضوئية من قبل شخص موجود في
الغرفة.
كما يمكن أن تستخدم الخلية الكهرضوئية في دارة حساس ضوء- ظلام وذلك بوجود مكبرعمليات (AMP) من نوع 741) )والذي يعمل كمقارن للجهد في الدارة المبينة أدناه:
دائرة عملية لإستخدام المقاومة الكهروضوئية
يقوم المضخم ( AMP ) بمقارنة كمون النقطة 2 مع كمون النقطة 3.
يمكن بواسطة المقاومة المتغيرة التحكم بكمون النقطة 3 عندما يسقط الضوء على المقاومة الضوئية فيؤدي الى هبوط جهد على المقاومة R1 وهذا الجهد هو نفسه كمون النقطة 2 ،
عندما يكون كمون النقطة 3 أكبر من كمون النقطة 2 يكون خرج المضخم مساويا الى
1 منطقي يؤدي ذلك الى توصيل الترانزستور BJT أما عندما يكون كمون النقطة 3 أكبر
من كمون النقطة 2 يعطي المضخم في خرجه -1 منطقي فيؤدي الى اغلاق الترانزستور
BJT .
ان توصيل الترانزستور أو اغلاقه هو الذي يحدد وضع الحاكمة .
يتم تغذية المضخم (AMP) عبر الجهد 12 فولت .
كذلك فللخلية الكهرضوئية تطبيقات في الأجهزة المنزلية فيمكننا تصميم دارة انذار
للثلاجة بوجود سماعة أو جرس بحيث يصدر صوتا عند ترك باب الثلاجة مفتوحا بحيث نستفيد من حساسية الخلية الكهرضوئية للضوء الداخل الى الثلاجة عند فتح بابها .
والدارة المستخدمة مبينة في الشكل أدناه :
والأدوات المكونة لهذه الدارة هي كالتالي :
خلية ضوئية (مقاومة كهرضوئية) .
ديود زينر 4.7 فولت .
تغذية مستمرة للدارة بقيمة 9 فولت .
ترانزستوريين من نوع BJT نمط NPNمن أجل تكبير التيار المار في السماعة .
مقاومتين خطيتين بقيمة 1 ميغا أوم .
مقاومة خطية بقيمة 10 ميغا أوم .
مكثف أسطواني بسعة 22 مايكزو فاراد .
عندما يسقط الضوء الداخل الى الثلاجة على الخلية الضوئية يؤدي ذلك زيادة التيار المار في
صمام زينر فيعمل هذا المنظم , و تقوم الترانزستورات بتكبير هذا التيار والذي يمثل بالنسبة
لها تيار القاعدة ويؤدي ذلك بدوره الى عمل السماعة .
تطبيقات الثنائي الضوئي LED
يستخدم الثنائي الضوئي بشكل عام في أجهزة الانذار أو كعنصر اظهار حيث يقوم بتحويل الطاقة الكهربائية الى طاقة اشعاعية لذلك فهو يستخدم بشكل شائع في أجهزة الارسال كما في الدارة المبينة أدناه :
هذه الدارة تستخدم للتحكم عن بعد بارسال الأشعة تحت الحمراء والعناصر الالكترونية المطلوبة لتنفيذ هذا المخطط كالتالي:
R1 : مقاومة استطاعتها 250ميلي وات قيمتها 22 كيلو أوم .
R2 : مقاومة استطاعتها 250ميلي وات قيمتها 1 ميغا أوم .
Q1: ترانزستور BJT نوع PNP نمط 2N2907.
Q2 : ترانزستور BJT نوع NPN نمط 2N2222 .
LED1 : ثنائي ضوئي يصدر الضوء الاحمر .
كذلك يتم استقبال الاشارة الصادرة عن الثنائي الضوئي بدارة استقبال خاصة تحتوي بشكل أساسي على عنصر كهرضوئي يستقبل الاشارة الضوئية .
كما يستخدم الثنائيات الضوئية في انارة واجهات المحلات بحيث تضيئ هذه الثنائيات بالتناوب فيما بينها و تسمى بدارة الأضواء المتقطعة (دارة الفليب فلوب) .
وهي الدارة المينة بالشكل أدناه :
يتم تغذية الدارة بجهد 9 فولت مستمر تقوم المكثفتان بعملية الشحن والتفريغ بشكل متناوب
فيما بينهما , ويعمل الترانزستوران Q1 وQ2 عمل قاطع الكتروني يغلق عندما يقوم المكثف بعملية الشحن و يفتح عندما يقوم المكثف بعملية تفريغ .
يمكن تغيير فتر الاضاءة المتقطعة للثنائي الضوئي و ذلك عبر تغيير الثابت الزمني للدارة
و يتم هذا اما بتغيير سعة المكثفات أو بتغيير قيمة المقاومات المستخدمة في الدارة
هذا و يمكن استخدام أنواع مختلفة من الدارات المتكاملة (IC) في دارات الاضاءة المتقطعة
عوضا عن الترانزستورات حيث تعمل العناصر المنطقية بكفاءة عالية أيضا .
ويستخدم الثنائي الضوئي في دا رة فاحص بلورات الكريستال ويمكن بذلك معرفة البلورات السليمة من التالفة .
ويبين الشكل التالي هذه الدارة :
تحتوي الدارة بشكل أساسي على ثنائيات (DIODS )من النمط (1N4148) كما تحتوي على ترانزستورات BJT نمط (BC182 ) والتي تعمل كقواطع الكترونية .
اذا كان الكريستال تالفا تكون الدارة بحالة فصل وبالتالي فان الثنائي الضوئي (LED )لن يضئ
أما اذا كان الكريستال سليما فان اترانزستوران يقومان بوصل الدارة وبالتالي يضيئ الثنائي الضوئي نتيجة مرور التيار في الدارة
كما يمكن تدريج فاحص الكريستال في المجال الترددي من 1 ميغا هرتزو حتى 22 ميغا هرتز .
حاليا أصبحت شاشات LCD مستخدمة كأنظمة اظهار عوضا عن الثنائيات الضوئية لأن الثنائيات تسحب تيار عالي نسبة الى باقي العناصر الالكترونية المستخدمة في أنظمة اظهار .
الترانزستور الكهرضوئي: photo transistor
ان الترانزستور الضوئي أكثر حساسية للضوء من الثنائي الضوئي وله القدرة على توليد تيار عالي عند سقوط شعاع ضوئي عليه وبالتالي تحقيق كسب في التيار الكهربائي .
يستخدم الترانزستور الضوئي بكفاءة عالية في دارات استقبال الاشارة وخصوصا دارات استقبال الأشعة تحت حمراء .
والدارة المبينة أدناه خير مثال على ذلك : مخطط دائرة المستقبل
تستخدم الدارة دارات متكاملة (IC ) حيث (IC1)من نمط (LM308)و(IC2) من نمط (LM567) وحاكمة عيار 6 فولت .
يتم بواسطة الترانزستور الضوئي استقبال الاشارة المرسلة (من قبل ثنائي ضوئي مثلا) و يعمل الترانزستور علىتوليد تيار كهربائي يتحكم في وضع الحاكمة .
يتم تغيير قيمة المقاومة المتغييرة R6 حتى نسمع صوت تماس الحاكمة .
وتجدر الانتباه الى أن وجود الحواجز يحجب الأشعة تحت الحمراء ويمنعها من الوصول الى دارة المستقبل .
وفي النهايه اتمنى ان اكون قد وفقت بهذا الشرح
تحياتي المعطرة بالياسمين لكم وبدوام الصحة والعافية والتالق والنجاح والتوفيق
التعديل الأخير تم بواسطة : محمدابوعلي بتاريخ 21-05-2014 الساعة 12:11 AM
|