كيف يعمل الترانزستور الضوئي ماهي انواعه وماهي مختلف تطبيقاته

الترانزستور الضوئي (optical transistor)، هو مبدال switch يسمح لحزمة ضوئية بالنفوذ خلاله أو الانعكاس عليه، أو يحجبها وفقاً لإشارة تحكم. يمكن لإشارة التحكم أن تكون كهربائية أو ضوئية. هناك العديد من الترانزستورات الضوئية وفق مبدأ عملها، مثل تغير قرينة الانكسار أو وفق امتصاص أشعة ضوئية، أو الامتصاص المشبع (saturable absorption)، أو الآبار الكمومية المتعددة (multiple quantum wells) وغيرها.
تبين الصورة التالية بنية ترانزستور ضوئي له طرفان فقط وسنوضح فيما يلي آلية عمل هذا الترانزستور

يشبه الترانزستور الضوئي الترانزستور ثنائي القطبية العادي (ولكن لايوجد فيه طرف للقاعدة) ولكن توجد فيه طبقة نوع p كبيرة جدا معرضة للضوء, عند تصادم فوتونات الضوء مع الكترونات المادة p فان الالكترونات تكتسب طاقة كافية للقفز فوق الحاجز الكموني للمتصل pn وذلك طبعا اذا كانت الفوتونات ذات تردد وطاقة مناسبين, ونتيجة لقفز الالكترونات من المنطقة p الى المنطقة n تتولد ثقوب في المنطقة p تسمى الثقوب trou, وتنجذب الالكترونات القافزة الى الشريحة n الى الطبقة الموجبة للبطارية وتتحرك الكترونات من سالب البطارية الى المادة نصف الناقلة العلوية نوع n وتعبر المتصل pn حيث تلتقي بالثقوب, ونتيجة لذلك يتشكل تيار الكتروني يتدفق من الباعث الى الجامع وطبعا تكون الجهة الاصطلاحية من الجامع الى الباعث وهذا بالضبط ما يحصل عند سقوط الضوء على القاعدة, اذا يمر تيار موجب من الجامع الى الباعث عند سقوط ضوء على قاعدة الترانزستور الضوئي, توضع المواد نصف الناقلة pnp المكونة للترانزستور الضوئي ضمن غلاف يعمل كعدسة مكبرة, يستخدم غلاف معدني ونافذة مغطاة بالبلاستيك الشفاف في بعض انواع الترانزستورات الضوئية .

التوصيلات الاساسية للترانزستورات الضوئية

الترانزستور الضوئي يشبه الترانزستور العادي ثنائي القطبية وفي الصورة اسفله نبين توصيلة الباعث (التي تعطي ربح التيار ولاتعطي ربح الجهد) وتوصيلة الباعث المشترك (التي تعطي ربح الجهد)

انواع الترانزستورات الضوئية

ترانزستورات ضوئية بثلاثة اطراف

قد لاتكون الترانزستورات الضوئية التي لها طرفان فقط قادرة على حقن تيار القاعدة الكافي للحصول على تيار مجمع باعث مناسب, ولذلك تستخدم ترانزستورات ضوئية بثلاث اطراف هي الباعث والمجمع والقاعدة وتستخدم طرفية القاعدة لحقن تيار اضافي يرفع محصلة تيار القاعدة الكلي ويكون تيار القاعدة في هذه الحالة متعلقا بشدة الاضاءة وبالتيار الكهربائي الذي يحقن في القاعدة (بتاثير دارة استقطاب القاعدة كما في الترانزستورات ثنائية القطبية العادية), يمكن استخدام الترانزستورات الضوئية التي لها ثلاثة اطراف في التطبيقات بدلا من الترانزستورات الضوئية ذات الطرفين على ان يترك طرف القاعدة بدون وصل .

زوج ترانزستورات دارلنغتون الضوئي

هذا الترانزستور يشابه زوج ترانزستورات دارلنغتون ثنائي القطبية العادي ولكنه حساس للضوء ويعتبر هذا الترانزستور اكثر حساسية للضوء من الترانزستورات الضوئية العادية ولكن زمن استجابته كبير (بطيء الاستجابة) تتوفر هذه الترانزستورات برجل قاعدة او بدونها .

معلومات فنية حول الترانزستورات الضوئية

للترانزستورات الضوئية كما هو الحال في الترانزستورات العادية جهد انهيار اعظمي ومعدلات جهد وتيار استطاعة تبديد, يتعلق تيار المجمع (Ic) في الترانزستور الضوئي بشكل مباشر بكثافة الاشعاع الساقط على قاعدة الترانزستور وبمقدار ربح التيار المستمر وبتيار القاعدة الخارجي (في الترانزستورات التي لها ثلاث اطراف), يعرض الجدول التالي معطيات نموذجية للترانزستورات الضوئية

تطبيقات الترانزستور الضوئي

دارة مستقبل

يستخدم في هذه الدارة ترانزستور ضوئي ككاشف موجة ضوئية معدلة مع دارة مضخم (مضخم تيار), تستخدم المقاومات R2 و R3 من اجل تامين نقطة عمل الترانزستور الاستطاعي العادي (power transistor) اما المقاومة R1 فتستخدم لضبط حساسية الترانزستور الضوئي, يعمل المكثف على حجز الاشارات المستمرة ومنعها من دخول مرحلة المضخم .

مقياس سرعة الدوران

تبين الصورة في الاسفل كيفية استخدام ترانزستور ضوئي كعداد بسيط او كمقياس دوران, يستخدم في الشكل قرص دوار فيه ثقب يسمح بمرور الضوء عبره مرة واحدة كل دورة, يؤدي الضوء المار عبر الثقب الى قدح الترانزستور الضوئي ونقله الى حالة تمرير, ويستخدم عداد تردد لعد النبضات الكهربائية المولدة

قد يهمك قراءة هاذين المقالين : 

- حساب المقاومة في دارات التيار المستمر والمتناوب

- من اين اتت معادلة مقاومة المكثفة في دارات التيار المتناوب