ما هو الترانزستور الضوئي؟

ما هو الترانزستور الضوئي؟

تعريف الترانزستور الضوئي

يُعرف الترانزستور الضوئي بأنه جهاز شبه موصل ذو منطقة قاعدة حساسة للضوء، مصمم خصيصًا لكشف وتعزيز إشارات الضوء.

الترانزستورات الضوئية هي أجهزة شبه موصلة تمتلك ثلاثة أطراف (منبعث، قاعدة، وجامع) أو اثنين من الأطراف (منبعث وجامع) ولديها منطقة قاعدة حساسة للضوء. بينما تكون جميع الترانزستورات حساسة للضوء بشكل ما، فإن الترانزستورات الضوئية مُحسنة خصيصًا لكشف الضوء. يتم تصنيعها باستخدام تقنيات الانتشار أو زراعة الأيونات ولديها مناطق جامع وأساس أكبر من الترانزستورات العادية. يمكن أن يكون للترانزستورات الضوئية بنية متجانسة، مصنوعة من مادة واحدة مثل السيليكون، أو بنية غير متجانسة، مصنوعة من مواد مختلفة.

في حالة الترانزستورات الضوئية المتجانسة، سيتم صنع الجهاز بأكمله من نوع مادة واحدة؛ إما السيليكون أو الجرمانيوم. ومع ذلك، لزيادة كفاءتهم، يمكن صنع الترانزستورات الضوئية من مواد غير متطابقة (مثل GaAs من مجموعة III-V) على جانبي الوصلة pn مما يؤدي إلى أجهزة غير متجانسة. ومع ذلك، غالبًا ما تُستخدم الأجهزة المتجانسة أكثر من الأجهزة غير المتجانسة لأنها اقتصادية.

يرمز إلى الترانزستورات الضوئية npn كما هو موضح في الشكل 2 بترانزستور يحتوي على سهمين يشيران نحو القاعدة، مما يشير إلى الحساسية للضوء. بالنسبة للترانزستورات الضوئية pnp، فإن الرمز مشابه، ولكن السهم في المنبعث يشير داخليًا بدلاً من الخارج.

مبدأ العمل

تعمل الترانزستورات الضوئية عن طريق استبدال تيار القاعدة بقوة الضوء، مما يسمح لها بالعمل في التطبيقات التبديلية والتكبيرية.

أنواع التكوين

يمكن تكوين الترانزستورات الضوئية في تكوينات جامع مشترك أو منبعث مشترك، مشابهة للترانزستورات العادية.

عوامل الإخراج

يعتمد إخراج الترانزستور الضوئي على طول موجة الضوء المستقبَل، مساحة الوصلة بين الجامع والقاعدة، وكسب التيار المباشر للترانزستور.

مزايا الترانزستور الضوئي

تشمل مزايا الترانزستورات الضوئية:

• بسيط، مدمج وغير مكلف.

• تيار أعلى، كسب أعلى وأوقات استجابة أسرع مقارنة بالديودات الضوئية.

• يؤدي إلى فولتية إخراج على عكس المقاومات الضوئية.

• حساس لمجموعة واسعة من الأطوال الموجية تتراوح من الأشعة فوق البنفسجية (UV) إلى الأشعة تحت الحمراء (IR) عبر الإشعاع المرئي.

• حساس لمجموعة كبيرة من المصادر بما في ذلك المصابيح المتوهجة، والمصابيح الفلورية، والمصابيح النيونية، والألياف الليزرية، والنيران والشمس.

• موثوق للغاية واستقراره الزمني عالي.

• أقل ضوضاء مقارنة بديودات الفيض الضوئي.

• متاح في مجموعة متنوعة من أنواع العبوات بما في ذلك المغلفة بالراتنج الايبوكسي، والصب بالقالب، والتركيب السطحي.

عيوب الترانزستور الضوئي

تشمل عيوب الترانزستورات الضوئية:

• لا يمكنه التعامل مع الجهد العالي إذا كان مصنوعًا من السيليكون.

• عرضة للشرارات الكهربائية والثورات.

• تأثر بالطاقة الكهرومغناطيسية.

• لا يسمح بتدفق الإلكترونات بسهولة مثل الأنابيب الإلكترونية.

• رد فعل ترددي ضعيف بسبب سعة القاعدة-الجامع الكبيرة.

• لا يمكنه كشف مستويات ضوء منخفضة أفضل من الديودات الضوئية.

تطبيقات

• كشف الأشياء

• استشعار المُرمِّز

• أنظمة التحكم الكهربائية الآلية مثل أجهزة كشف الضوء

• أنظمة الأمن

• أجهزة قراءة البطاقات المثقوبة

• المفاتيح الكهربائية

• دوائر المنطق الحاسوبية

• أنظمة العد

• أجهزة كشف الدخان