جهاز تحويل الضوء الكهربائي

التعريف

محول ضوئي كهربائي هو جهاز شبه موصل يحول الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية. يستخدم عنصر حساس للضوء يطلق الإلكترونات عند تعرضه للضوء، مما يتسبب في تغيير خصائص العنصر الكهربائية وينتج تيارًا يتناسب مع شدة الضوء الممتص. يوضح الرسم البياني أدناه بنية المادة شبه الموصلة.

يقوم محول ضوئي كهربائي بامتصاص الإشعاع الضوئي الذي يقع على مادة شبه الموصل. هذه الامتصاص ينشّط الإلكترونات في المادة، مما يجعلها تتحرك. ينتج عن تحرك الإلكترونات أحد ثلاثة آثار:

• تغيير مقاومة المادة.

• تغيير التيار الخرجي للمادة شبه الموصلة.

• تغيير الجهد الخرجي للمادة شبه الموصلة.

تصنيف المحولات الضوئية الكهربائية

تُصنف المحولات الضوئية الكهربائية كما يلي:

خلية إشعاعية

تعمل الخلية الإشعاعية على تحويل الفوتونات إلى طاقة كهربائية. تحتوي على قضيب أنود وألواح كاثود مغطاة بمادة إشعاعية مثل السيسيوم والنتيمون.

عندما يسقط الإشعاع الضوئي على لوح الكاثود، تبدأ الإلكترونات في التدفق من الكاثود إلى الأنود. يتم تغليف الأنود والكاثود داخل أنبوب مغلق ومظلم مفرغ. عندما يصل الإشعاع الضوئي إلى الأنبوب المغلق، تنبعث الإلكترونات من الكاثود وتتحرك نحو الأنود.

يتم الحفاظ على الأنود عند جهد موجب، مما يسبب تدفق تيار ضوئي عبره. تكون قيمة هذا التيار متناسبة مباشرة مع شدة الضوء المار عبر الأنبوب.

خلية شبه موصلة

تعمل الخلية شبه الموصلة على تحويل الطاقة الضوئية إلى تيار كهربائي. تستعمل مواد شبه موصلة مثل السيلينيد الكاديوم والجيرمانيوم (Ge) أو السيلينيوم (Se) كعنصر حساس للضوء.

عندما يسقط شعاع ضوء على المادة شبه الموصلة، تزداد قابليتها للتوصيل، ويصبح عملها كمفتاح مغلق. يتدفق التيار عبر المادة، مما يحرك المؤشر في الجهاز.

خلية ضوئية فولتية

خلية ضوئية فولتية هي نوع من المحولات النشطة. يبدأ التيار في التدفق في الخلية الضوئية الفولتية عندما يتم توصيل الحمل بها. غالبًا ما يتم استخدام السيليكون والسيلينيوم كمواد شبه موصلة. عندما تمتص المادة شبه الموصلة الضوء (وليس الحرارة)، تبدأ الإلكترونات الحرة في التحرك - وهو ظاهرة تعرف باسم التأثير الضوئي الفولتي.

يولد حركة الإلكترونات تيارًا في الخلية، يُعرف بالتالي بالتيار الضوئي الكهربائي.

ثنائي الضوء

ثنائي الضوء هو جهاز شبه موصل يحول الضوء إلى تيار. عندما يمتص ثنائي الضوء طاقة ضوئية، تبدأ الإلكترونات في مادة شبه الموصل في التحرك. يتميز ثنائي الضوء بوقت استجابة قصير جدًا ويتم تصميمه للعمل تحت تحيز عكسي.

ترانزيستور الضوء

ترانزيستور الضوء هو جهاز يقوم بتحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية، مما ينتج عنه تيار وجهد.

خلية ضوئية فولتية

خلية ضوئية فولتية هي جهاز ثنائي مكون من مادة شبه موصلة محاطة بوعاء شفاف، مما يسمح للضوء بالوصول بسهولة إلى العنصر الحساس للضوء. عند امتصاص العنصر للضوء، يبدأ التيار في التدفق من القاعدة إلى الباعث للجهاز، والذي يتم تحويله بعد ذلك إلى جهد.