رفتن به مطلب

ارسال های توصیه شده

مقاومت نوری از نیمه هادی های خاص ساخته می شوند. همان طور که می دانیم مقاومت نیمه هادی ها به تعداد حاملان بار آزاد در آن ها بستگی دارد

می دانیم که تعداد حاملان آزاد بار در یک نیمه رسانا با افزایش دما زیاد می شود، اکنون باید توجه کنیم که علاوه بر افزایش دما تابش نور با بسامد مناسب هم باعث افزایش این حاملان می شود. برای فهمیدن مفهوم بسامد مناسب، مفهوم دیگری به نام band gap را مطرح می کنیم؛ که عبارت است از تفاوت انرژی بین نوار ظرفیت و نوار رسانش و به عبارت دیگر انرژی لازم برای ایجاد الکترون آزاد و حفره های جدید. در عمل band gap حد پایینی برای انرژی پرتوی تابشی مورد نیاز برای تغییر مقاومت است و پرتوی تابشی باید در رابطه hf > Eg صدق کند که در آن h ثابت پلانک و f بسامد پرتوی فرودی و Eg انرژی band gap است. جدول زیر Eg را برای چند نوع ماده ی معمول مقایسه می کند:

[TABLE=width: 50%]

[TR]

[TD]

نام نیمه هادی

[/TD]

[TD]

Eg بر حسب ev در 300 K

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD]

سولفید کادمیوم(Cds)

[/TD]

[TD]

2.4

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD]

فسفید کادیوم(CdP)

[/TD]

[TD]

2.2

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD]

سلنید کادمیوم(CdSe)

[/TD]

[TD]

1.7

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD]

آرسنید گالیوم(GaAs)

[/TD]

[TD]

1.4

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD]

سیلیسیوم(Si)

[/TD]

[TD]

1.1

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD]

ژرمانیوم(Ge)

[/TD]

[TD]

0.7

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD]

آرسنید ایندیم(InAs)

[/TD]

[TD]

0.43

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD]

سولفید سرب(PbS)

[/TD]

[TD]

0.37

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD]

تلرید سرب(PbTe)

[/TD]

[TD]

0.29

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD]

سلنید سرب(PbSe)

[/TD]

[TD]

0.26

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD]

آنتیمود ایندیم (InSb)

[/TD]

[TD]

0.23

[/TD]

[/TR]

[/TABLE]

معمولا بیشینه حساسیت مقاومت های نوری در بسامدی کمی بیشتر از بسامدی است که از جدول بالا به دست می آید و به ازای بسامد های بیشتر و کمتر حساسیت به شدّت افت پیدا می کند. نمودار زیر حساسیت CdS ، CdTe ، CdSe را بر حسب طول موج نشان می دهد:

1499591902001642006149558215113415219100.jpg

در عمل بیشتر مقاومت های نوری از سولفید کادمیوم ساخته می شوند.

فوتو ترانزیستور، فوتودیود و فوتودارلینگتون:

شاید متداول ترین نوع قطعات گیرنده نوری وسایلی هستند که بخش عمده آن ها را یک تقاطع PN تشکیل داده است. فوتوترانزیستور ها، فوتودیود ها و فوتودارلینگتون ها از این دسته اند. در شکل زیر تعدادی از این قطعات را می بینیم

8112350381012681401505561121406196230.jpg

این قطعات اگر به طور مستقیم بایاس شوند در اثر تابش نور به آن ها افزایش جریان عبوری از آن ها نا چیز است اما اگر به طور معکوس بایاس شوند، قضیه کاملا متفاوت است؛ در این حالت در تاریکی جریانی که از آن می گذرد بسیار کم است اما با تابش نور به آن جریان زیادی از آن می گذرد.

این خاصیت را با افزودن با افزودن یک نیمه رسانای ذاتی بین نواحی N و P دیود افزایش داد. در این صورت به این قطعات PIN دیود می گویند.

لینک به دیدگاه

در مطلب قبل گفتیم که شاید متداول ترین نوع قطعات گیرنده نوری وسایلی هستند که بخش عمده آن ها را یک تقاطع PN تشکیل داده است فوتوترانزیستور ها، فوتودیود ها و فوتودارلینگتون ها از این دسته اند

684318217813927112763181722053367196.jpg

این قطعات اگر به طور مستقیم بایاس شوند، در اثر تابش نور به آن ها افزایش جریان عبوری از آن ها نا چیز است اما اگر به طور معکوس بایاس شوند، قضیه کاملا متفاوت است؛ در این حالت در تاریکی جریانی که از آن می گذرد بسیار کم است اما با تابش نور به آن جریان زیادی از آن می گذرد.

این خاصیت را با افزودن یک نیمه رسانای ذاتی بین نواحی N و P دیود افزایش داد. در این صورت به این قطعات PIN دیود می گویند.(مطابق شکل روبه رو)

یک فوتوترانزیستور نیز در حالت فعال به صورت معکوس بایاس می شود و توانایی تقویت جریان base را دارد. به عبارت دیگر هنگامی که نور به فوتو ترانزیستور می تابد، جریانی از emitter به collector از آن می گذرد. شکل زیر ساختار فوتو ترانزیستور و نماد آن را نشان می دهد

23247531131313156781013536631932407172.jpg

با اضافه کردن یک ترانزیستور دیگر به یک پل دارلینگتون می رسیم که قابلیت تقویت آن از ترانزیستور معمولی بیشتر است.

20618951180591711585017235232172518815955.jpg

اکنون به بررسی این گیرنده ها در مدار می پردازیم، این بررسی را با فوتوترانزیستور انجام می دهیم، ولی همه جا می توان به جای آن فوتودیود یا فوتودارلینگتون هم قرار دهیم.

متداول ترین مدار سنسورهای نوری مداری به شکل زیر است:

442521311543113560655912745313812853199.jpg

هنگامی که صفحه ای که می خواهیم وجود آن را تشخیص دهیم بین گیرنده و فرستنده قرار می گیردفوتو ترانزیستور خاموش می شود و Voutput افزایش می یابد، از طرف دیگر هنگامی که مانعی وجود نداشته باشد فوتوترانزیستور روشن می شود و Voutput کاهش می یابد به این ترتیب می توانیم وجود مانع را تشخیص دهیم اکنون می خواهیم مقادیر مناسب RL و RE را بیابیم برای یافتن مقدار مناسب RE به دو خاصیت مهم LED فرستنده احتیاج داریم ؛ (forward voltage) Vf که میزان افت پتانسیل در آن است وقتی جریانی در حد متداول از آن می گذرد و مقدار متداول آن حدود 1.3V است و (forward current)

If جریان متداول عبوری از LED که حدود 10MA است. با توجه به این مقادیر و با کمی محاسبه مقدار مناسب مقاومت های مجهول را می یابیم؛ با توجه به شکل جریان If با:

If = ( Vcc - Vf ) / RE

 

با توجه به مقداربیشینه ی If که در datasheet موجود و برابر 50MA است می توان مقدار مناسب RE را به راحتی تخمین زد:

If

( Vcc - Vf ) / RE

RE > ( Vcc - Vf ) / If-max

باید توجه کرد که میان If و شدت نور تابشی رابطه ی مستقیم برقرار است، لذا در انتخاب مقدار RE مناسب باید دقت کرد.

لینک به دیدگاه

در ادامه مبحث Photoresistor ها که در مورد مقاومت نوري و فوتو ترانزيستورها گفتگو شد اکنون مي خواهيم مقدار مناسب مقاومت RL را بيابيم. قبل از شروع محاسبات ابتدا چند مشخصه يک فوتوترانزيستور را که در datasheet موجود است بررسي مي کنيم:

1. جريان کلکتور در تاريکي : Id (Collector Dark Current) مقدار معمولي آن در حدود چند صد نانوآمپر است، در مورد RS-05FS که بعدا معرفي خواهد شد حداکثر uA 0.2 است.

2. جريان نشتي : Ill (Leakage Current) مقدار متداول آن نيز در حدّ جريان تاريکي است.

3. جريان روشنايي : Il (Light Current) معمولا مقدار آن بسيار بيشتر از Id و Ill است.

اکنون مي توانيم مقدار مناسب RL را بيابيم:

در محاسبه RL ابتدا به مقدار حداکثر ولتاژ منطقي که از سنسور مي خواهيم توجه مي کنيم، اگر اين ولتاژ را با VIH نشان دهيم، با توجه به اين نکته که در حالت تاريکي جرياني که از کلکتور فوتوترانزيستور مي گذرد Ill + Id است، بيشينه پتانسيل خروجي از اين قسمت , VOH , برابر است با:

VOH=Vcc-RL*( Id + Ill)

اکنون اين ولتاژ بايد در رابطه زير صدق کند:

VIH

لینک به دیدگاه

به گفتگو بپیوندید

هم اکنون می توانید مطلب خود را ارسال نمایید و بعداً ثبت نام کنید. اگر حساب کاربری دارید، برای ارسال با حساب کاربری خود اکنون وارد شوید .

مهمان
ارسال پاسخ به این موضوع ...

×   شما در حال چسباندن محتوایی با قالب بندی هستید.   حذف قالب بندی

  تنها استفاده از 75 اموجی مجاز می باشد.

×   لینک شما به صورت اتوماتیک جای گذاری شد.   نمایش به صورت لینک

×   محتوای قبلی شما بازگردانی شد.   پاک کردن محتوای ویرایشگر

×   شما مستقیما نمی توانید تصویر خود را قرار دهید. یا آن را اینجا بارگذاری کنید یا از یک URL قرار دهید.

×
×
  • اضافه کردن...