انواع دیگر ادوات نوری

انواع دیگر ادوات نوری:
علاوه بر استفاده از کلیدهای نوری شکاف دار و کلیدهای نوری انعکاسی در مدار واسط ورودی، می توان از سایر انواع آشکارسازهای نوری نیمه هادی مانند آشکارسازهای نوری فتورزیستور (Photo Resistive Light Detectors)، فتودیودهای پیوند PN و حتی سلول های خورشیدی استفاده کرد.

تمام این ادوات حساس به نور، از نور محیط مانند نور خورشید یا نور عادی اتاق برای فعال سازی وسیله استفاده می کنند و همین ویژگی به آن ها اجازه می دهد که به آسانی به هر نوع مدار الکترونیکی متصل شوند.

پیوند PN در دیودهای توان و دیودهای سیگنال عادی برای امنیت بالاتر و جلوگیری از تابش فوتون های نور محیط به آن، توسط یک محفظه پلاستیکی پوشانده شده است.

زمانی که یک دیود در بایاس معکوس قرار داشته باشد، می تواند عبور جریان را مسدود کند و مانند یک کلید باز با مقاومت بسیار بزرگ عمل کند.

اما اگر نور را به پیوند PN در این دیود بتابانیم، فوتون های نور پیوند را باز می کنند و به جریان اجازه عبور می دهند. البته این امر به شدت نور تابانده شده بستگی دارد.

اما فتودیودها از این خاصیت (عکس العمل نسبت به نور دریافتی) استفاده می کنند. این دیودها دارای یک پنجره کوچک هستند که نور محیط از طریق آن به پیوند PN تابانده می شود و به همین دلیل این نوع از دیودها به شدت نسبت به نور حساس هستند.

بسته به مقدار و نوع ناخالصی های افزوده شده به نیمه هادی، برخی از فتودیودها به نور مرئی و برخی دیگر به نور مادون قرمز عکس العمل (پاسخ) نشان می دهند.

زمانی که هیچ نوری توسط فتودیودها دریافت نشود، جریان معکوس تقریبا قابل صرف نظر است.

به این جریان، جریان تاریک (Dark Current) می گویند. اما زمانی که شدت نور دریافت شده توسط فتودیود افزایش یابد، مقدار جریان معکوس یا جریان تاریک فتودیود افزایش می یابد.

بنابراین می توان دید که یک فتودیود به جریان معکوس اجازه می دهد تا فقط در یک جهت جریان یابد. این جهت مخالف با جهت دیود یکسوساز استاندارد است. جریان معکوس در فتودیود زمانی جاری می شود که مقدار خاصی از نور را دریافت کند.

در محیط های تاریک فتودیود مانند یک مقاومت با مقدار بسیار بزرگ و در محیط های روشن مانند یک مقاومت بسیار کوچک عمل می کند.

چنین دیودی را می توان در بسیاری از کاربردها به عنوان آشکارساز نوری بسیار سریع مورد استفاده قرار داد. در تصویر زیر نمایی از یک مدار واسط ورودی با فتودیود دیده می شود.

در دو مدار ساده سمت چپ در تصویر بالا، فتودیود به سادگی با استفاده از مقاومت، در بایاس معکوس قرار گرفته است و سیگنال ولتاژ خروجی از دو سر مقاومت سری دریافت می شود.

این مقاومت می تواند یا مقدار ثابتی در بازه بین 10 کیلو اهم تا 100 کیلو اهم داشته باشد و یا از یک پتانسیومتر متغیر با مقدار 100 کیلو اهم استفاده کند.

این مقاومت را می توان بین فتودیود و ولتاژ صفر ولت زمین و یا بین فتودیود و منبع تغذیهVCC متصل کرد.

اگرچه فتودیودهایی مانند BPX48 دارای پاسخ بسیار سریع در برابر تغییرات سطح نور هستند، اما این ادوات نسبت به سایر ادوات نوری مانند سلول های LDR کادمیوم سولفید حساسیت کمتری دارند، در نتیجه ممکن است به نوعی از تقویت کننده ها مانند تقویت کننده های ترانزیستوری و یا تقویت کننده های اپ امپی در مدار نیاز باشد.

بنابراین می توان فتودیود را به عنوان یک المان مقاومت متغیر مورد استفاده قرار داد که مقدار این مقاومت بر اساس میزان نور تابانده شده توسط پیوندهای فتودیود کنترل می شود.

فتودیودها همچنین می توانند به عنوان کلید در مدار به کار برده شوند. ویژگی خاص فتودیودها به عنوان کلید در این است که با سرعت بالا می توانند از حالت خاموش به روشن و یا از حالت روشن به خاموش تغییر وضعیت دهند.

زمان کلیدزنی در این المان می تواند از مرتبه نانو ثانیه و فرکانس کلیدزنی بالای 1 مگا هرتز باشد، بنابراین این المان در کاربردهای مخابرات فیبر نوری و انکودرهای نوری بسیار مورد استفاده قرار می گیرد.

مقاومت وابسته به نور (LDR):
علاوه بر ادوات نوری پیوند PN، مانند فتودیود و فتوترانزیستور، انواع دیگری از آشکارسازهای نوری نیمه هادی وجود دارند که می توانند بدون پیوند PN عمل کنند و مشخصه مقاومتی خود را با تغییر در شدت نور دریافتی تغییر دهند. چنین ادواتی را مقاومت های وابسته به نور (Light Dependant Resistors) یا LDR می گویند.

LDRها را با عنوان فتوسل (Photocell) کادمیوم سولفید نیز می شناسند. این المان، یک عنصر پسیو یا غیرفعال محسوب می شود که مقاومت آن با تغییر در شدت نور مرئی دریافتی، تغییر می کند. زمانی که هیچ نوری در محیط وجود نداشته باشد، مقاومت داخلی این المان بسیار بالا و از مرتبه مگا اهم است.

اما با تابش نور به فتوسل ها، مقدار مقاومت آن ها به شدت افت می کند، به صورتی که در نور خورشید شدید، مقدار مقاومت به زیر 1 کیلو اهم می رسد.

مقاومت وابسته به نور بسیار شبیه به پتانسیومتر عمل می کند، اما مقدار مقاومت این المان با شدت نور دریافتی کنترل می شود. در تصویر زیر نمایی از یک مدار واسط ورودی مقاومت وابسته به نور یا LDR دیده می شود.

مقاومت های وابسته به نور، مقدار مقاومت خود را به صورت متناسب با شدت نور دریافتی تغییر می دهند، بنابراین می توان این المان ها را با یک مقاومت سری R، به منظور ایجاد مدار مقسم ولتاژ در طول منبع تغذیه مورد استفاده قرار داد.

در محیط تاریک، مقاومت LDR بسیار بزرگ تر از مقاومت R خواهد بود، در نتیجه با اتصال LDR از منبع تغذیه به مقاومت و یا مقاومت به زمین می توان از LDR به عنوان آشکارساز روشنایی و یا آشکارساز تاریکی استفاده کرد.

چون LDRهایی مانند NORP12، نسبت به مقدار مقاومت خود، یک ولتاژ خروجی نسبی تولید می کنند، بنابراین می توان از آن ها در مدار واسط ورودی های آنالوگ استفاده کرد.

همچنین می توان یک LDR را به عنوان بخشی از مدار پل وتسون (Wheatstone Bridge) و به عنوان ورودی یک مقایسه کننده ولتاژ اپ امپی یا مدار اشمیت تریگر مورد استفاده قرار داد تا یک سیگنال دیجیتال برای ارتباط با مدارات ورودی میکروکنترلرها و سایر مدارات دیجیتال تولید کند.

آشکارسازهای حد آستانه (Threshold Detectors) ساده می توانند برای تشخیص سطح نور، دما و یا کشش (Strain) مورد استفاده قرار بگیرند و خروجی های مناسب و سازگار با TTL تولید کنند.

در نتیجه می توان به صورت مستقیم با گیت های منطقی یا پورت های ورودی دیجیتال ارتباط برقرار کرد.

آشکارسازهای حد آستانه دما و نور که مبتنی بر مقایسه کننده های اپ امپی ساخته شده باشند، هنگامی که سطح نور یا دما از حد آستانه بالاتر برود و یا به زیر سطح آستانه افت کند، ورودی های منطق یک و منطق صفر تولید می کنند.