الضوء هو شكل من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي. ينقسم الطيف الكهرومغناطيسي إلى العديد من النطاقات التي يشير الضوء منها عادةً إلى الطيف المرئي. ولكن في الفيزياء ، تعتبر أشعة جاما والأشعة السينية والميكروويف وموجات الراديو أيضًا ضوءًا. طيف الضوء المرئي له أطوال موجية في نطاق 400-700 نانومتر ، بين طيف الأشعة تحت الحمراء وطيف الأشعة فوق البنفسجية. يحمل الضوء الطاقة على شكل فوتونات. عندما تتلامس هذه الفوتونات مع جسيمات أخرى ، تنتقل الطاقة بسبب الاصطدام. من خلال الاستفادة من مبدأ الضوء هذا ، العديد من المنتجات المفيدة مثل الثنائيات الضوئية ، مقاومات الضوء ، الألواح الشمسية ، إلخ ... تم اختراعها.

ما هو المقاوم الضوئي؟

مقاوم ضوئي

“2 بت كامل الأفعى التخطيطي ”

للضوء طبيعة ازدواجية موجة-جسيم. مما يعني أن للضوء طبيعة تشبه الجسيمات وتشبه الموجة. عندما يسقط الضوء أشباه الموصلات المادة ، الفوتونات الموجودة في الضوء تمتصها الإلكترونات وتتحمس لنطاقات طاقة أعلى.

المقاوم الضوئي هو نوع من المقاوم المعتمد على الضوء والذي يغير قيم مقاومته بناءً على الضوء الساقط عليه. تميل هذه المقاومات الضوئية إلى تقليل قيم مقاومتها مع زيادة شدة الضوء الساقط.

معرض مقاومات الضوء الناقلية الضوئية . هذه الأجهزة أقل حساسية للصور مقارنة بالديودات الضوئية وأجهزة الترانزستورات الضوئية. تختلف المقاومة الضوئية للمقاوم الضوئي باختلاف درجة الحرارة المحيطة.

مبدأ العمل

لا يحتوي المقاوم الضوئي على تقاطع P-N مثل الصمامات الثنائية الضوئية. إنه مكون سلبي. هذه مصنوعة من مواد أشباه الموصلات عالية المقاومة.

عندما يسقط الضوء على المقاوم الضوئي ، تمتص مادة أشباه الموصلات الفوتونات. تمتص الإلكترونات الطاقة من الفوتون. عندما تكتسب هذه الإلكترونات طاقة كافية لكسر الرابطة ، فإنها تقفز في نطاق التوصيل. نتيجة لهذا ، تقل مقاومة المقاوم الضوئي. مع انخفاض المقاومة ، تزداد الموصلية.

اعتمادًا على نوع مادة أشباه الموصلات المستخدمة في المقاوم الضوئي ، يختلف مدى مقاومتها وحساسيتها. في حالة عدم وجود ضوء ، يمكن أن يكون للمقاوم الضوئي قيم مقاومة بالميغا أوم. وأثناء وجود الضوء ، يمكن أن تنخفض مقاومته إلى بضع مئات من أوم.

أنواع المقاومات الضوئية

اعتمادًا على خصائص مادة أشباه الموصلات المستخدمة في تصميم المقاوم الضوئي ، يتم تصنيفها إلى نوعين - مقاومات الضوء الخارجية والداخلية. تتفاعل أشباه الموصلات بشكل مختلف في ظل ظروف الطول الموجي المختلفة.

تم تصميم مقاومات الضوء الداخلية باستخدام مادة شبه موصلة داخلية. هذه أشباه الموصلات الجوهرية لها ناقلات الشحن الخاصة بها. لا توجد إلكترونات حرة موجودة في نطاق التوصيل الخاص بها. أنها تحتوي على ثقوب في شريط التكافؤ.

لذلك ، لإثارة الإلكترونات الموجودة في أشباه الموصلات الجوهرية ، من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل ، يجب توفير طاقة كافية حتى تتمكن من عبور فجوة الحزمة بأكملها. ومن ثم فإننا نحتاج إلى فوتونات ذات طاقة أعلى لتشغيل الجهاز. وبالتالي ، تم تصميم مقاومات الضوء الداخلية للكشف عن الضوء ذي التردد العالي.

من ناحية أخرى ، تتشكل أشباه الموصلات الخارجية عن طريق تعاطي أشباه الموصلات الجوهرية بالشوائب. توفر هذه الشوائب إلكترونات أو ثقوبًا مجانية للتوصيل. تقع هذه الموصلات الحرة في نطاق الطاقة الأقرب إلى نطاق التوصيل. وبالتالي ، يمكن أن تؤدي كمية قليلة من الطاقة إلى تحفيزهم للقفز في نطاق التوصيل. تُستخدم مقاومات الضوء الخارجية للكشف عن الطول الموجي الأطول والضوء المنخفض التردد.

كلما زادت شدة الضوء ، زاد انخفاض مقاومة المقاوم الضوئي. تختلف حساسية مقاومات الضوء باختلاف الطول الموجي للضوء المطبق. عندما لا يكون هناك طول موجي كافٍ ، أو ما يكفي من تشغيل الجهاز ، فإن الجهاز لا يتفاعل مع الضوء. يمكن أن تتفاعل مقاومات الضوء الخارجية مع موجات الأشعة تحت الحمراء. يمكن لمقاومات الضوء الداخلية اكتشاف موجات ضوئية عالية التردد.

رمز المقاوم الضوئي

مقاوم ضوئي - رمز

تستخدم مقاومات الضوء للإشارة إلى وجود أو عدم وجود الضوء. تتم كتابته أيضًا باسم LDR. تتكون هذه الأجهزة عادةً من أقراص مضغوطة ، و Pbs ، و Pbse ، إلخ ... هذه الأجهزة حساسة للتغيرات في درجات الحرارة. لذلك ، حتى عندما تظل شدة الضوء ثابتة ، يمكن رؤية التغيير في المقاومة في مقاومات الضوء.

تطبيقات المقاومة الضوئية

مقاومة المقاوم الضوئي هي وظيفة غير خطية لشدة الضوء. المقاومات الضوئية ليست حساسة للضوء مثل الثنائيات الضوئية أو الترانزستورات الضوئية. بعض تطبيقات مقاومات الضوء هي كما يلي:

هذه تستخدم كأجهزة استشعار للضوء.
هذه تستخدم لقياس شدة الضوء.
تستخدم عدادات الضوء الليلي وضوء التصوير مقاومات الضوء.
يتم استخدام خاصية الكمون الخاصة بهم في ضواغط الصوت والاستشعار الخارجي.
يمكن أيضًا العثور على مقاومات الضوء في ساعات التنبيه ، والساعات الخارجية ، ومصابيح الشوارع الشمسية ، إلخ ...
يستخدم علم الفلك بالأشعة تحت الحمراء والتحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء أيضًا مقاومات ضوئية لقياس المنطقة الطيفية للأشعة تحت الحمراء المتوسطة.

المشاريع القائمة على مقاومات الضوء

لقد كانت مقاومات الضوء أداة يدوية للعديد من الهواة. تتوفر العديد من الأوراق البحثية الجديدة والمشاريع الإلكترونية القائمة على مقاومات الضوء. لقد وجدت مقاومات الضوء تطبيقات جديدة في المجالات الطبية والمدمجة والفلكية. بعض المشاريع المصممة باستخدام المقاوم الضوئي هي كما يلي:

مقياس الضوء المبني على أساس المقاومة الضوئية وتطبيقه في التحليل الجنائي للأصباغ.
تكامل ذاكرة مقاومة عضوية متوافقة حيوياً ومقاوم ضوئي لتطبيق استشعار الصور القابل للارتداء.
توقيت Photogate بهاتف ذكي.
تصميم وتنفيذ دائرة تحكم ثنائية بصرية صوتية بسيطة.
نظام للكشف عن موقع مصدر الضوء.
يتم تشغيل الروبوت المتحرك بالصوت ويتم التحكم فيه بشكل مباشر بواسطة مصدر ضوء خارجي.
تصميم نظام مراقبة مفتوح المصدر للتحليل الديناميكي الحراري للمباني والأنظمة.
جهاز حماية من الحرارة الزائدة.
جهاز لكشف الاشعاع الكهرومغناطيسي.
جزازة العشب الأوتوماتيكية ثنائية المحور التي تعمل بالطاقة الشمسية للتطبيقات الزراعية.
آلية استشعار تعكر المياه باستخدام LED لنظام مراقبة في الموقع.
تم تصميم لوحة المفاتيح المضيئة التي يسببها الضوء باستخدام مقاومات الضوء.
قفل إلكتروني جديد باستخدام رمز مورس على أساس إنترنت الأشياء.
نظام إنارة الشوارع للمدن الذكية باستخدام مقاومات الضوء.
تتبع أجهزة التداخل بالرنين المغناطيسي باستخدام علامات قابلة للفصل يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر.
تستخدم هذه في الستائر التي تنشط بالضوء.
تُستخدم مقاومات الضوء أيضًا للتحكم التلقائي في التباين والسطوع في أجهزة التلفزيون والهواتف الذكية.
لتصميم القرب تستخدم مقاومات الضوء التبديل.

بسبب الحظر المفروض على الكادميوم في أوروبا ، تم تقييد استخدام مقاومات الضوء Cds و Cdse. يمكن تنفيذ مقاومات الضوء بسهولة وربطها بالميكروكونترولر.

هذه الأجهزة متوفرة في السوق كأجهزة استشعار IC. وهي متوفرة كمستشعرات الضوء المحيط ، وأجهزة استشعار الضوء إلى الرقمية ، و LDR ، وما إلى ذلك ... بعض المنتجات الشائعة الاستخدام هي مستشعر الضوء OPT3002 ، ومستشعر الضوء السلبي LDR ، وما إلى ذلك ... الخصائص الكهربائية ، والمواصفات ، وما إلى ذلك. يمكن العثور على OPT3002 في ورقة البيانات التي تقدمها شركة Texas Instruments. هل يمكننا استخدام مقاومات الضوء كبديل للديودات الضوئية؟ ما الذي يصنع الفارق؟