المقاوم الضوئي: دليل شامل

ما هو المقاوم المعتمد على الضوء؟

يُعرّف المقاوم المعتمد على الضوء بأنه جهاز تقل مقاومته مع زيادة شدة الضوء وتزيد مع انخفاض شدة الضوء. يمكن أن تتراوح مقاومة المقاوم المعتمد على الضوء من بضعة أوم إلى عدة ميغا أوم، اعتمادًا على نوع ونوعية المادة المستخدمة والحرارة المحيطة.

يرى رمز المقاوم المعتمد على الضوء أدناه. يشير السهم إلى اتجاه الضوء الذي يسقط عليه.

كيف يعمل المقاوم المعتمد على الضوء؟

يعتمد مبدأ عمل المقاوم المعتمد على الضوء على ظاهرة التوصيل الضوئي. التوصيل الضوئي هو زيادة في التوصيل الكهربائي للمادة عندما تمتص الفوتونات (جسيمات الضوء) ذات الطاقة الكافية.

عندما يسقط الضوء على المقاوم المعتمد على الضوء، تقوم الفوتونات بتحفيز الإلكترونات في الحزمة القيمية (القشرة الخارجية لـ الذرات) من مادة نصف الموصل وتجعلها تقفز إلى الحزمة التوصيلية (القشرة حيث يمكن للإلكترونات أن تتحرك بحرية). هذا يخلق المزيد من الإلكترونات الحرة والثقوب (الشحنات الموجبة) التي يمكن أن تحمل تيار كهربائي. نتيجة لذلك، تنخفض مقاومة المقاوم المعتمد على الضوء.

تعتمد كمية تغيير المقاومة على عدة عوامل، مثل:

• طول الموجة وشدة الضوء الوارد

• الفجوة الطاقوية (الفرق الطاقي بين الحزمة القيمية والحزمة التوصيلية) لمادة نصف الموصل

• مستوى التشويه (عدد الشوائب المضافة لتعديل الخصائص الكهربائية) لمادة نصف الموصل

• مساحة السطح وسمك المقاوم المعتمد على الضوء

• درجة الحرارة والرطوبة المحيطية

ما هي خصائص المقاوم المعتمد على الضوء؟

تتضمن الخصائص الرئيسية للمقاوم المعتمد على الضوء:

• غير خطية: العلاقة بين المقاومة وشدة الضوء ليست خطية، بل أسية. وهذا يعني أن تغيير صغير في شدة الضوء يمكن أن يسبب تغيير كبير في المقاومة، والعكس صحيح.

• استجابة الطيف: تختلف حساسية المقاوم المعتمد على الضوء مع طول الموجة للضوء. قد لا يستجيب بعض المقاومات المعتمدة على الضوء تمامًا لبعض نطاقات الأطوال الموجية. يظهر منحنى الاستجابة الطيفية كيف تتغير المقاومة مع أطوال موجية مختلفة لمقاوم معين.

• وقت الاستجابة: هو الوقت الذي يستغرقه المقاوم المعتمد على الضوء لتغيير مقاومته عند تعرضه أو إزالته من الضوء. يتكون وقت الاستجابة من مكونين: وقت الصعود وقت الانحدار. وقت الصعود هو الوقت الذي يستغرقه المقاوم المعتمد على الضوء لتقليل مقاومته عند تعرضه للضوء، بينما وقت الانحدار هو الوقت الذي يستغرقه المقاوم المعتمد على الضوء لزيادة مقاومته عند إزالته من الضوء. عادةً ما يكون وقت الصعود أسرع من وقت الانحدار، وكلاهما بالميلي ثانية.

• معدل التعافي: هو معدل عودة المقاوم المعتمد على الضوء إلى مقاومته الأصلية بعد تعرضه أو إزالته من الضوء. يعتمد معدل التعافي على عوامل مثل درجة الحرارة والرطوبة وأثر الشيخوخة.

• الحساسية: هي نسبة تغيير المقاومة إلى تغيير شدة الضوء. يتم عادةً التعبير عنها بالنسب المئوية أو الدسبيبل (dB). تعني الحساسية العالية أن المقاوم المعتمد على الضوء يمكنه اكتشاف تغييرات صغيرة في شدة الضوء.

• التقييد القوة: هو القوة القصوى التي يمكن أن تتناثر بواسطة المقاوم المعتمد على الضوء دون إلحاق ضرر به. يتم عادةً التعبير عنه بوحدات واط (W) أو مليواط (mW). تعني قوة أعلى أن المقاوم المعتمد على الضوء يمكنه تحمل فولتات وتيارات أعلى.

ما هي أنواع المقاومات المعتمدة على الضوء؟

يمكن تصنيف المقاومات المعتمدة على الضوء إلى نوعين اعتمادًا على المواد المستخدمة لبناءها:

• المقاومات الضوئية الداخلية: وهي مصنوعة من مواد نصف موصلة نقية مثل السيليكون أو الجرمانيوم. لديها فجوة طاقوية كبيرة وتتطلب فوتونات عالية الطاقة لتحفيز الإلكترونات عبرها. فهي أكثر حساسية للأطوال الموجية القصيرة (مثل الأشعة فوق البنفسجية) من الأطوال الموجية الطويلة (مثل الأشعة تحت الحمراء).

• المقاومات الضوئية الخارجية: وهي مصنوعة من مواد نصف موصلة متشوهة بأملاح تخلق مستويات طاقوية جديدة فوق الحزمة القيمية. هذه المستويات الطاقوية مليئة بالإلكترونات التي يمكنها القفز بسهولة إلى الحزمة التوصيلية بفوتونات أقل طاقة. المقاومات الضوئية الخارجية أكثر حساسية للأطوال الموجية الطويلة (مثل الأشعة تحت الحمراء) من الأطوال الموجية القصيرة (مثل الأشعة فوق البنفسجية).

يوضح الجدول التالي بعض المواد الشائعة المستخدمة للمقاومات الضوئية الداخلية والخارجية ومدى استجابتها الطيفية.

كيفية صنع دائرة للمقاوم المعتمد على الضوء؟

دائرة المقاوم المعتمد على الضوء هي دائرة إلكترونية بسيطة تستخدم المقاوم المعتمد على الضوء كـ مقاوم متغير للتحكم في تدفق التيار في الدائرة. المبدأ الأساسي لدائرة المقاوم المعتمد على الضوء هو توصيل المقاوم المعتمد على الضوء بالتتابع أو بالتوازي مع مقاوم ثابت وتوفير فولتية عبرهما. سيكون