عمل الخلية الضوئية وتطبيقاتها

في الأساس ، الخلية الضوئية هي نوع واحد من المقاوم ، والتي يمكن استخدامها لتغيير قيمتها المقاومة بناءً على شدة الضوء. هذه غير مكلفة وسهلة الحصول عليها بأحجام ومواصفات عديدة. سيعمل كل مستشعر خلية ضوئية بشكل مختلف مقارنة بالوحدات الأخرى ، حتى لو كانت من نفس العائلة. في الواقع ، يمكن أن تكون التغييرات في هذا أعلى ، كبيرة ، وما إلى ذلك. وبسبب هذه الأسباب ، لا يمكن استخدامها لتحديد مستويات الضوء بدقة داخل شمعة المطحنة وإلا لوكس. تتناول هذه المقالة نظرة عامة على الخلية الكهروضوئية والتي تشمل العمل ومخطط الدائرة وأنواعها وتطبيقاتها.

ما هي الخلية الضوئية؟

يمكن تعريف الخلية الكهروضوئية على أنها وحدة حساسة للضوء. يمكن استخدام هذا عن طريق توصيل الكهرباء أو دائرة كهربائية في مجموعة واسعة من التطبيقات مثل إضاءة غروب الشمس إلى شروق الشمس التي يتم تشغيلها ميكانيكيًا عندما تكون شدة الضوء منخفضة. تُستخدم هذه أيضًا في تطبيقات أخرى مثل أجهزة الإنذار بالتسلل وأيضًا أبواب أوتوماتيكية .

تعد الخلية الكهروضوئية نوعًا واحدًا من أجهزة الاستشعار ، والتي يمكن استخدامها للسماح لك باستشعار الضوء. تشمل السمات الرئيسية لخلية الصور أنها صغيرة جدًا ومنخفضة الطاقة واقتصادية وسهلة الاستخدام للغاية. بسبب هذه الأسباب ، يتم استخدامها بشكل متكرر في الأدوات والألعاب والأجهزة. غالبًا ما يُشار إلى هذه المستشعرات باسم خلايا كبريتيد الكادميوم (CdS). تتكون هذه من مقاومات الصور و LDRs.

ضوئية

هذه المستشعرات مناسبة للتطبيقات الحساسة للضوء مثل الضوء الخافت. إذا كان هناك ضوء الكتلة أمام المستشعر ، إذا كان هناك شيء يعطل a ضوء الليزر ، أجهزة الاستشعار التي لديها غالبية الضوء.

بناء الخلية الضوئية

يمكن إنشاء خلية ضوئية بواسطة أنبوب زجاجي مفرغ يتضمن قطبين مثل المجمع والباعث. يمكن أن يكون شكل طرف الباعث على شكل أسطوانة شبه مجوفة. يتم ترتيبها دائمًا بإمكانية سلبية. يمكن أن يكون شكل طرف المجمع على شكل معدن يمكن ترتيبه عند محور الباعث الأسطواني جزئيًا. يمكن الاحتفاظ بهذا باستمرار عند نقطة موجبة. يمكن تثبيت الأنبوب الزجاجي المفرغ على قاعدة غير معدنية ويتم تقديم المسامير في القاعدة للتوصيل الخارجي.

تعمل الخلايا الضوئية

يمكن أن يعتمد مبدأ عمل الخلية الكهروضوئية على حدوث المقاومة الكهربائية وتأثير الكهروضوئية. يمكن استخدام هذا لتحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية.

عندما يتم توصيل طرف الباعث بالطرف السالب (-v) ، يتم توصيل طرف المجمع بالطرف الموجب (+ الخامس) للبطارية. سيكون إشعاع التردد أكثر من تردد عتبة المادة في الباعث ، ومن ثم سيحدث انبعاث طن من الصور. تشارك إلكترونات الفوتون في اتجاه المجمع. هنا تعتبر محطة التجميع هي الطرف الموجب بالنسبة إلى طرف الباعث. لذلك ، سيكون تدفق التيار موجودًا داخل الدائرة. إذا تم تحسين شدة الإشعاع ، فسيتم زيادة التيار الكهروضوئي.

مخطط الدائرة الكهروضوئية

تسمى الخلية الكهروضوئية المستخدمة في الدائرة بدائرة الاستشعار المظلمة وإلا دارة بتبديل الترانزستور . ال المكونات المطلوبة لبناء الدائرة بشكل أساسي تشمل اللوح ، أسلاك التوصيل ، البطارية 9 فولت ، الترانزستور 2N222A ، الخلية الكهروضوئية ، المقاومات -22 كيلو أوم ، 47 أوم ، و LED.

تعمل الدائرة الكهروضوئية أعلاه في حالتين مثل عندما يكون هناك ضوء وعندما يكون الظلام.

في الحالة الأولى ، تكون مقاومة الخلية الكهروضوئية أقل ، وبعد ذلك سيكون هناك تدفق للتيار عبر المقاوم الثاني مثل 22Kilo Ohms & photocell. هنا ، يعمل الترانزستور 2N222A كعازل. لذلك سيتم إيقاف تشغيل الممر الذي يتضمن LED1 و R1 والترانزستور.

دارة استشعار الظلام باستخدام خلية ضوئية

في الحالة الثانية ، تكون مقاومة الخلية الكهروضوئية عالية ، ثم يتغير مسار الدائرة. لذا فإن المقاومة المنخفضة ستكون موجودة في اتجاه قاعدة الترانزستور أو من خلال الخلية الكهروضوئية.

عندما تحصل المحطة الأساسية للترانزستور على الطاقة ، فإن الترانزستور 2N222A يعمل مثل الموصل. سيتم تشغيل الممر الذي يحتوي على ترانزستور LED و R1 و 2N222A وسيومض مؤشر LED. لذلك ، إذا حصلت المحطة الأساسية للترانزستور على طاقة ، فسيعمل الترانزستور كموصل ، ثم يعمل مؤشر LED.

أنواع الخلايا الضوئية

الخلايا الضوئية متوفرة في أنواع مختلفة

• الكهروضوئية
• الأجهزة الموصولة بالشحن
• مقاوم ضوئي
• خلية جولاي
• مضاعف ضوئي

1). الخلية الضوئية

تتمثل الوظيفة الرئيسية للخلية الكهروضوئية في تغيير الطاقة من الطاقة الشمسية إلى الطاقة الكهربائية. يمكن أن يحدث تيار قابل للاستخدام عندما تضرب الفوتونات الإلكترونات فوق الخلية في حالة عالية من الطاقة.

2). الأجهزة الموصولة بالشحن

يمكن استخدام جهاز مقترن بالشحن من قبل المجتمع العلمي نظرًا لكونه جهاز استشعار ضوئي دقيق ومتسق للغاية. عندما يمكن استخدام الشحنة الناتجة عن أجهزة الاستشعار الحساسة للصور لفحص مجموعة متنوعة من الأشياء من المجرات إلى الجزيئات فقط.

3). المقاوم للصور

LDRs هي نوع واحد من أجهزة الاستشعار التي يمكن تقليل مقاومتها بمجموع الضوء المكشوف. تستخدم مقاييس ضوء الكاميرا والعديد من أجهزة الإنذار مقاومات ضوئية غير مكلفة في تطبيقاتها.

4). خلية جولاي

تُستخدم خلية Golay بشكل أساسي لاستشعار الأشعة تحت الحمراء. يتم ملء أسطوانة لوحة معدنية سوداء بغاز الزينون على طرف واحد. سوف تعمل طاقة الأشعة تحت الحمراء التي تسقط على اللوح الأسود على تسخين الغاز داخل الأسطوانة ولف الحجاب الحاجز المرن فوق الطرف الآخر. هنا ، يتم استخدام الحركة لمعرفة ناتج مصدر الطاقة.

5). مضاعف ضوئي

المضاعف الضوئي حساس للغاية. يمكن مضاعفة الضوء غير الواضح بمقدار 100 مليون مرة.

تطبيقات الخلايا الضوئية

تشمل تطبيقات الخلايا الضوئية ما يلي.

• تُستخدم الخلايا الضوئية في الأضواء الأوتوماتيكية لتنشيطها عندما يحل الظلام ، ويعتمد تنشيط / إلغاء تنشيط مصابيح الشوارع بشكل أساسي على اليوم سواء كان النهار أو الليل.
• يتم استخدام هذه توقيت في سباق جري لحساب سرعة العداء.
• تستخدم الخلايا الضوئية لحساب عدد المركبات على الطريق.
• تستخدم هذه بدلاً من الخلايا الكهروضوئية والمقاومات المتغيرة.
• تُستخدم في عدادات اللوكس لتحديد شدة الضوء.
• هذه تستخدم كمفاتيح وكذلك أجهزة استشعار
• هذه تستخدم في أجهزة الإنذار ضد السرقة للحماية من اللص.
• هذه تستخدم في علم الروبوتات ، أينما وجهوا الروبوتات للاختباء من الأنظار في الظلام ، أو اتباع منارة أو خط.
• تُستخدم في عدادات التعريض التي يمكن استخدامها مع الكاميرا لمعرفة الوقت الصحيح للتعرض للحصول على صورة جيدة.
• تستخدم الخلايا الضوئية في استنساخ الصوت الذي يمكن تسجيله على فيلم فيلم.
• تستخدم هذه في أضواء الغسق حتى الفجر.

وبالتالي ، هذا كله يتعلق بنظرة عامة عن ضوئية . وتتمثل الوظيفة الرئيسية لهذا في الكشف عن الضوء عندما يكون الضوء مضاءً ، وإلا كلما غابت الشمس. إليك سؤال لك ، ما هو المعدن المستخدم في الخلية الكهروضوئية؟