من منظور مهندسي الإلكترونيات فإن المستشعر عبارة عن جهاز يستجيب لظاهرة فيزيائية أو خاصية بإشارة كهربائية، يمكن أن يكون إدخال المستشعر عبارة عن كمية مادية مثل الضوء والصوت ودرجة الحرارة وما إلى ذلك ، ولكن الناتج عبارة عن إشارة كهربائية مثل الجهد أو التيار أو حتى الشحن التي يمكن معالجتها وتضخيمها وتوجيهها وتعديلها بواسطة الدوائر والأجهزة الإلكترونية.
يمكن أن يؤدي التعريف أعلاه لجهاز الاستشعار إلى تفسير آخر للحساس أي أن المستشعر عبارة عن محول طاقة ، بغض النظر عن الكمية التي يتم قياسها يتم تحويل الطاقة المدخلة إلى طاقة كهربائية.
هناك العديد من أنواع وأنواع المستشعرات مثل مستشعر درجة الحرارة ومستشعر الضغط ومستشعر الرطوبة وما إلى ذلك ، ولكن المستشعر الذي يهم هذه المناقشة هو المستشعرات البصرية ومنها الترانزستور الضوئي Phototransistor.
 |
| الترانزستور الضوئي |
ما هو الترانزستور الضوئي Phototransistor؟
الترانزستور الضوئي هو مفتاح إلكتروني ومكون تضخيم للتيار يعتمد على التعرض
للضوء للعمل عندما يسقط الضوء على التقاطع يتدفق التيار العكسي بما يتناسب مع
الإنارة.
تستخدم أجهزة الترانزستورات الضوئية على نطاق واسع لاكتشاف نبضات الضوء وتحويلها إلى إشارات كهربائية رقمية يتم تشغيلها بواسطة الضوء بدلا من التيار الكهربائي، يتم توفير قدر كبير من الكسب والتكلفة المنخفضة ويمكن استخدام هذه الترانزستورات الضوئية في العديد من التطبيقات.
تشبه الترانزستورات الضوئية الترانزستور العادي باستثناء حقيقة أن طرف القاعدة غير موجود في حالة الترانزستور الضوئي حيث تقوم الترانزستورات الضوئية بتحويل الضوء الساقط إلى تيار ضوئي بدلا من توفير التيار الأساسي لتشغيل الترانزستور ويتم استخدام أشعة الضوء لإضاءة منطقة القاعدة.
يشبه رمز الدائرة الخاصة بالترانزستور الضوئي رمز الترانزستور التقليدي ولكن يمكن حذف المحطة الطرفية الأساسية يشير السهمان المتجهان نحو الترانزستور الضوئي إلى أن الترانزستور الضوئي يتم تشغيله بواسطة الضوء الساقط عليه.
إن الترانزستور الضوئي ليس سوى ترانزستور عادي ثنائي القطب تتعرض فيه منطقة القاعدة للإضاءة، وهو متوفر في كل من أنواع PNP و NPN التي لها تكوينات مختلفة مثل الباعث المشترك والمجمع المشترك والقاعدة المشتركة ولكن بشكل عام يتم استخدام تكوين الباعث المشترك، ويمكن أن تعمل أيضا أثناء فتح القاعدة، وبالمقارنة مع الترانزستور التقليدي فإنه يحتوي على المزيد من مناطق القاعدة والمجمع.
حتى نتعرف على وظيفة الترانزستور الضوئي لابد لنا من معرفة كيف يعمل الترانزستور الضوئي؟
يشتمل الترانزستور العادي على محطات باعث وقاعدة وجامع، طرف المجمع منحاز بشكل إيجابي فيما يتعلق بمحطة الباعث ووصلة BE منحازة عكسية.
ينشط الترانزستور الضوئي بمجرد أن يضرب الضوء طرف القاعدة ويطلق الضوء الترانزستور الضوئي من خلال السماح بتكوين أزواج الإلكترونات الفتحة وكذلك التدفق الحالي عبر الباعث أو المجمع عندما يزداد التيار فإنه يتركز ويتحول إلى جهد.
بشكل عام لا يشتمل الترانزستور الضوئي على اتصال أساسي يتم فصل طرف القاعدة حيث يتم استخدام الضوء للسماح بتدفق التيار لتزويد جميع أنحاء الترانزستور الضوئي.
يتم تصنيف الترانزستورات الضوئية إلى نوعين هما BJT و FET.
في حالة نقص الضوء يسمح الترانزستور الضوئي BJT بالتسرب بين المجمعات بالإضافة إلى باعث 100 nA بمجرد تعرض هذا الترانزستور للحزمة فإنه يؤدي حتى 50 مللي أمبير وهذا ما يميزه عن الثنائي الضوئي الذي لا يمكن أن يسمح بالكثير من التيار.
يشتمل هذا النوع من الترانزستور الضوئي على محطتين متصلتين بالداخل من خلال المجمع والباعث ، وإلا فإن المصدر والصرف داخل FET تتفاعل محطة قاعدة الترانزستور مع الضوء وتتحكم في التدفق الحالي بين المحطات.
في الدائرة السابقة يتم استخدام الترانزستور الضوئي في تشغيل مرحل RL1.
تشمل مجالات تطبيق الترانزستور الضوئي ما يلي:
تتمتع أجهزة الترانزستورات الضوئية بالعديد من المزايا المهمة التي تفصلها عن مستشعر بصري آخر ومن اهمها ما يلي:
تنتج الترانزستورات الضوئية تيارا أعلى من الثنائيات الضوئية.
تعتبر أجهزة الترانزستورات الضوئية غير مكلفة نسبيا وبسيطة وصغيرة بما يكفي لتناسب العديد منها في شريحة كمبيوتر واحدة متكاملة.
الترانزستورات الضوئية سريعة جدا وقادرة على توفير مخرجات فورية تقريبا.
تنتج أجهزة الترانزستورات الضوئية جهدا لا تستطيع المقاومات الضوئية القيام بذلك.
الترانزستورات الضوئية المصنوعة من السيليكون غير قادرة على التعامل مع الفولتية التي تزيد عن 1000 فولت.
كما أن الترانزستورات الضوئية أكثر عرضة للارتفاعات والارتفاعات في الكهرباء وكذلك الطاقة الكهرومغناطيسية.
لا تسمح الترانزستورات الضوئية للإلكترونات بالتحرك بحرية كما تفعل الأجهزة الأخرى مثل أنابيب الإلكترون.
المصادر
تستخدم أجهزة الترانزستورات الضوئية على نطاق واسع لاكتشاف نبضات الضوء وتحويلها إلى إشارات كهربائية رقمية يتم تشغيلها بواسطة الضوء بدلا من التيار الكهربائي، يتم توفير قدر كبير من الكسب والتكلفة المنخفضة ويمكن استخدام هذه الترانزستورات الضوئية في العديد من التطبيقات.
تعريف الترانزستور الضوئي
تشبه الترانزستورات الضوئية الترانزستور العادي باستثناء حقيقة أن طرف القاعدة غير موجود في حالة الترانزستور الضوئي حيث تقوم الترانزستورات الضوئية بتحويل الضوء الساقط إلى تيار ضوئي بدلا من توفير التيار الأساسي لتشغيل الترانزستور ويتم استخدام أشعة الضوء لإضاءة منطقة القاعدة.
خصائص الترانزستور الضوئي
- نظرا لأن الترانزستورات الضوئية هي أساسا ترانزستورات NPN ثنائية القطب مع تقاطع قاعدة جامع كبير، فإن خصائص الترانزستور الضوئي تشبه تلك الخاصة بـ BJT البسيط.
- عادة ما تكون محطة التجميع ذات قدرة أعلى من Emitter للحث على التحيز العكسي عند تقاطع القاعدة والمجمع. عندما لا يسقط ضوء على الترانزستور الضوئي ، تتدفق كمية صغيرة من تيار التسرب المعروف باسم التيار المظلم من المجمع إلى الباعث.
- عندما يكون هناك ضوء كاف يسقط على طرف القاعدة يتم إنتاج تيار أساسي والذي يتناسب مع شدة الضوء، سيطلق تيار القاعدة بعد ذلك عملية التضخيم وتيار المجمع بتدفقات كسب عالية.
- مع زيادة شدة الضوء يزداد أيضا تيار المجمع.
رمز الترانزستور الضوئي
 |
| رمز الترانزستور الضوئي |
يشبه رمز الدائرة الخاصة بالترانزستور الضوئي رمز الترانزستور التقليدي ولكن يمكن حذف المحطة الطرفية الأساسية يشير السهمان المتجهان نحو الترانزستور الضوئي إلى أن الترانزستور الضوئي يتم تشغيله بواسطة الضوء الساقط عليه.
بنية الترانزستور الضوئي
إن الترانزستور الضوئي ليس سوى ترانزستور عادي ثنائي القطب تتعرض فيه منطقة القاعدة للإضاءة، وهو متوفر في كل من أنواع PNP و NPN التي لها تكوينات مختلفة مثل الباعث المشترك والمجمع المشترك والقاعدة المشتركة ولكن بشكل عام يتم استخدام تكوين الباعث المشترك، ويمكن أن تعمل أيضا أثناء فتح القاعدة، وبالمقارنة مع الترانزستور التقليدي فإنه يحتوي على المزيد من مناطق القاعدة والمجمع.
ما هي وظيفة الترانزستور الضوئي؟
حتى نتعرف على وظيفة الترانزستور الضوئي لابد لنا من معرفة كيف يعمل الترانزستور الضوئي؟
يشتمل الترانزستور العادي على محطات باعث وقاعدة وجامع، طرف المجمع منحاز بشكل إيجابي فيما يتعلق بمحطة الباعث ووصلة BE منحازة عكسية.
ينشط الترانزستور الضوئي بمجرد أن يضرب الضوء طرف القاعدة ويطلق الضوء الترانزستور الضوئي من خلال السماح بتكوين أزواج الإلكترونات الفتحة وكذلك التدفق الحالي عبر الباعث أو المجمع عندما يزداد التيار فإنه يتركز ويتحول إلى جهد.
بشكل عام لا يشتمل الترانزستور الضوئي على اتصال أساسي يتم فصل طرف القاعدة حيث يتم استخدام الضوء للسماح بتدفق التيار لتزويد جميع أنحاء الترانزستور الضوئي.
أنواع الترانزستور الضوئي
يتم تصنيف الترانزستورات الضوئية إلى نوعين هما BJT و FET.
الترانزستور الضوئي BJT
في حالة نقص الضوء يسمح الترانزستور الضوئي BJT بالتسرب بين المجمعات بالإضافة إلى باعث 100 nA بمجرد تعرض هذا الترانزستور للحزمة فإنه يؤدي حتى 50 مللي أمبير وهذا ما يميزه عن الثنائي الضوئي الذي لا يمكن أن يسمح بالكثير من التيار.
FET الترانزستور الضوئي
يشتمل هذا النوع من الترانزستور الضوئي على محطتين متصلتين بالداخل من خلال المجمع والباعث ، وإلا فإن المصدر والصرف داخل FET تتفاعل محطة قاعدة الترانزستور مع الضوء وتتحكم في التدفق الحالي بين المحطات.
دائرة تحكم باستخدام الترانزستور الضوئي
 |
| دائرة تحكم باستخدام الترانزستور الضوئي |
في الدائرة السابقة يتم استخدام الترانزستور الضوئي في تشغيل مرحل RL1.
تطبيقات (استخدامات) الترانزستور الضوئي
تشمل مجالات تطبيق الترانزستور الضوئي ما يلي:
- يستخدم في قارئات البطاقات المثقوبة.
- يستخدم في أنظمة الحماية.
- يستخدم في أجهزة التشفير - تقيس السرعة والاتجاه.
- يستخدم في الضوابط الكهربائية.
- يستخدم في الدوائر المنطقية الحاسوبية.
- يستخدم في التحكم في الإضاءة (الطرق السريعة ، إلخ).
- يستخدم في أنظمة العد.
- يستخدم في أنظمة الإنذار.
- يستخدم في مؤشرات المستوى.
- يستخدم في أجهزة كشف القرب.
مميزات وعيوب الترانزستور الضوئي
مزايا الترانزستور الضوئي
تتمتع أجهزة الترانزستورات الضوئية بالعديد من المزايا المهمة التي تفصلها عن مستشعر بصري آخر ومن اهمها ما يلي:
تنتج الترانزستورات الضوئية تيارا أعلى من الثنائيات الضوئية.
تعتبر أجهزة الترانزستورات الضوئية غير مكلفة نسبيا وبسيطة وصغيرة بما يكفي لتناسب العديد منها في شريحة كمبيوتر واحدة متكاملة.
الترانزستورات الضوئية سريعة جدا وقادرة على توفير مخرجات فورية تقريبا.
تنتج أجهزة الترانزستورات الضوئية جهدا لا تستطيع المقاومات الضوئية القيام بذلك.
عيوب الترانزستور الضوئي
الترانزستورات الضوئية المصنوعة من السيليكون غير قادرة على التعامل مع الفولتية التي تزيد عن 1000 فولت.
كما أن الترانزستورات الضوئية أكثر عرضة للارتفاعات والارتفاعات في الكهرباء وكذلك الطاقة الكهرومغناطيسية.
لا تسمح الترانزستورات الضوئية للإلكترونات بالتحرك بحرية كما تفعل الأجهزة الأخرى مثل أنابيب الإلكترون.
المصادر