انواع دیود نوری

دیود نوری همانطور که از نامش مشخص است با نور کار می کند. انواع مختلفی بسته به شدت نور و میزان نور انتقالی وجود دارد و هر نوعی کاربردهای خاص خود را دارد.

برخی از دیودها با توجه به شدت نوری که به آنها وارد می شود، نور را هدایت می کند. فوتو دیودها و سلولهای خورشیدی از این دسته هستند.

فوتو دیود

فوتو دیود همانطور که از نام آن پیداست یک اتصال PN است که نور را هدایت می کند. شدت نور بر میزان هدایت این دیود نوری تأثیر می گذارد. فوتو دیود دارای ماده نوع P و N  و یک ناحیه تخلیه می باشد.

این دیود معمولاً در حالت بایاس معکوس عمل می کند. وقتی نور به ناحیه تخلیه وارد می شود، جریان الکتریکی به وجود می آید. این هدایت الکترون ها به شدت نور بستگی دارد. شکل زیر یک فوتو دیود را نشان می دهد.

نماد فوتو دیود

هنگامیکه این دیود نوری در حالت بایاس معکوس است، یک جریان اشباع معکوس کوچک به دلیل جفت الکترون حرارتی تولید شده، ایجاد می شود. جریان در بایاس معکوس به دلیل وجود حامل های بار، ایجاد می شود و میزان ولتاژ خروجی به این جریان معکوس بستگی خواهد داشت. با افزایش شدت نور متمرکز بر محل اتصال، حامل های بار افزایش می یابند و در نتیجه جریان نیز افزایش می یابد. شکل زیر حالت بایاس معکوس فوتو دیود را نشان می دهد.

همانطور که در تصویر بالا می بینید، فوتو دیود در یک بسته شیشه ای قرار دارد تا نور بتواند به داخل آن وارد شود. برای متمرکز شدن نور در ناحیه تخلیه، یک لنز در بالای محل اتصال قرار گرفته است.

حتی زمانیکه نور کم باشد، مقدار کمی جریان وجود دارد. با تغییر سطح روشنایی، جریان معکوس تغییر خواهد کرد.

مزایای فوتو دیودها

• نویز پایین
• سود بالا
• سرعت عملکرد بالا
• حساسیت بالا نسبت به نور
• قیمت پایین
• اندازه کوچک
• عمر طولانی

کاربردهای فوتو دیود

• تشخیص شخصیت
• در مدارهایی که به پایداری و سرعت بالایی احتیاج دارند، کاربرد دارد.
• در مدارهای سوئیچینگ به کار می رود.
• در انکودرها استفاده می شود.
• در تجهیزات ارتباطی نوری مورد استفاده قرار می گیرد.

دیود نوری سلول خورشیدی

دیودهای وابسته به نور شامل سلول خورشیدی نیز می باشد که یک دیود اتصال PN معمولی است اما جریان الکتریکی را با سرعت بالایی هدایت می کند. شبیه به فوتو دیود است اما هدف آن تبدیل نور به انرژی و ذخیره انرژی می باشد.

شکل زیر نماد دیود نوری سلول خورشیدی را نشان می دهد:

نام و نماد یک سلول خورشیدی، نشانه ذخیره انرژی به عنوان یک دیود است. ویژگی اصلی سلول خورشیدی استخراج انرژی بیشتر و ذخیره آن می باشد.

ساختار دیود نوری سلول خورشیدی

یک دیود اتصال PN با ناحیه تخلیه در یک محفظه شیشه ای قرار گرفته است. نور در حداکثر مساحت ممکن در قسمت شیشه نازک در بالای صفحه وارد می شود تا حداکثر نور با حداقل مقاومت را دریافت کند و آن را به حداکثر انرژی تبدیل و در خود ذخیره کند. تصویر زیر ساختار دیود نوری سلول خورشیدی را نشان می دهد.

هنگامیکه نور بر روی سلول خورشیدی قرار می گیرد، فوتون های موجود در نور با الکترون های ولتاژ برخورد می کنند. بنابراین جریان از الکترون ها تولید می شود و این جریان به طور مستقیم با شدت نور متمرکز بر سلول خورشیدی متناسب است. این پدیده به عنوان اثر Photo-Voltaic نامیده می شود.

تصویر زیر یک سلول خورشیدی و یک پنل خورشیدی که متشکل از چندین سلول خورشیدی در کنار هم می باشد را نشان می دهد.

تفاوت فوتو دیود و سلول خورشیدی چیست؟

فوتو دیود سریعتر کار می کند و به جای تولید انرژی بیشتر در خروجی، بر روی سوئیچینگ متمرکز است. به همین دلیل از ظرفیت خازنی کمی برخوردار است. همچنین میزان انرژی نور در فوتو دیود با توجه به کاربرد آن کمتر است.

در حالیکه دیود نوری سلول خورشیدی در تولید انرژی خروجی بالا و ذخیره انرژی بیشتر تمرکز دارد. از ظرفیت خازنی بالایی برخوردار است. عملکرد آن از فوتو دیود آهسته تر است. با توجه به هدف سلول خورشیدی، مساحت صفحه دریافت نور در آن از فوتو دیود بزرگتر است.

کاربردهای دیود نوری سلول خورشیدی

1) علم و تکنولوژی

• در پنل های خورشیدی برای ماهواره ها استفاده می شود.
• در تله متری کاربرد دارد.
• در سیستم های روشنایی از راه دور به کار می رود.

2) کاربرد تجاری

• در پنل های خورشیدی برای ذخیره انرژی استفاده می شود.
• در منبع تغذیه قابل حمل کاربرد دارد.
• در مصارف خانگی مانند پخت و پز و گرم کردن، از انرژی خورشیدی استفاده می شود.

3) الکترونیک

• ساعت
• ماشین حساب
• اسباب بازی های الکترونیکی و غیره

برخی از دیودها مطابق ولتاژ اعمال شده، از خود نور ساطع می کنند. LED و دیود لیزری از این دسته هستند.

دیود نوری ال ای دی ( LED )

یکی از محبوب ترین دیودهایی است که در زندگی روزمره ما استفاده می شود. همچنین LED یک دیود اتصال PN معمولی است، اما به جای سیلیکون و ژرمانیوم از موادی مانند گالیم آرسنید، گالیم آرسنید فسفید در آن به کار رفته است.

نماد دیود نوری LED

همانند یک دیود اتصال PN معمولی می باشد و برای هدایت جریان، در حالت بایاس مستقیم وصل می شود. هنگامیکه الکترونهای آزاد در باند انتقال با سوراخ های موجود در باند ظرفیت ترکیب می شوند ، هدایت در LED صورت می گیرد. این فرایند سبب می شود تا نور ساطع شود. این فرآیند الکترولومینسانس نامیده می شود. رنگ نور ساطع شده به فاصله بین باندهای انرژی بستگی دارد.

مواد مورد استفاده در دیودهای نوری LED سبب تولید رنگهای مختلف می شود. مثلاً ماده گالیم آرسنید فسفید، نور قرمز یا زرد رنگ، ساطع می کند، گالیم فسفید، نور قرمز یا سبز منتشر می کند و نیترات گالیم؛ نور آبی ساطع می کند. در حالیکه گالیم آرسنید نور مادون قرمز ساطع می کند. LED هایی که نور مادون قرمز غیر قابل مشاهده تولید می کنند، بیشتر در سیستم های کنترل از راه دور به کار می روند. شکل زیر LED  های رنگی مختلف را نشان می دهد.

LED در شکل بالا دارای یک طرف صاف و یک طرف خمیده است، طرف صاف کوتاه تر از دیگری ساخته شده، به طوریکه سمت کوتاه تر، کاتود یا ترمینال منفی و دیگری آند یا ترمینال مثبت است. ساختار اصلی LED در شکل زیر نشان داده شده است.

همانطور که در شکل بالا نشان داده شده، زمانیکه الکترون ها به داخل سوراخ ها وارد می شوند، انرژی به نور تبدیل می شود. LED وابسته به جریان است و شدت نور خروجی در آن به جریان درون دیود بستگی دارد.

مزایای دیود نوری LED

• بازدهی بالا
• سرعت بالا
• قابلیت اطمینان بالا
• اتلاف حرارت کم
• طول عمر بیشتر
• کم هزینه
• به راحتی کنترل و برنامه ریزی می شود.
• میزان روشنایی و شدت بالایی دارد.
• به ولتاژ و جریان کمی نیاز دارد.
• سیم کشی کمتری مورد نیاز است.
• هزینه تعمیر و نگهداری پایین
• بدون تابش اشعه ماوراء بنفش
• اثر روشنایی فوری

کاربردهای دیود نوری LED

1) در صفحه نمایش

• مخصوصاً برای صفحه نمایش های هفت سگمنتی به کار می رود.
• ساعت دیجیتال
• اجاق های مایکروویو
• سیگنالینگ ترافیک
• بردهای نمایشگر در مسیر راه آهن و اماکن عمومی
• اسباب بازی ها

2) در لوازم الکترونیکی

• تیونرهای استریو در موسیقی
• ماشین حساب
• منبع تغذیه DC
• نشانگرهای روشن / خاموش در آمپلی فایر
• نشانگرهای قدرت

3) کاربرد تجاری

• دستگاههای قابل خواندن مادون قرمز
• بارکد خوان

4) ارتباطات نوری

• در سوئیچینگ نوری کاربرد دارد.
• انتقال اطلاعات از طریق FOC
• مدارهای سنجش تصویر
• زنگ هشدارها
• در تکنیک های سیگنالینگ راه آهن
• درب ضد سرقت و سایر سیستم های کنترل امنیت

دیود نوری لیزر

یک دیود نوری است که نور را منتشر می کند. لیزر به معنای تقویت نور توسط انتشار تحریک است. تصویر زیر نماد و شکل یک دیود را نشان می دهد.

• 

• 

مزایا

• توان استفاده شده توسط دیودهای لیزر بسیار کمتر است.
• سرعت سوئیچ (ON/OFF) بالا
• فشرده تر
• ارزانتر
• تولید شوک الکتریکی در آن احتمال کمتری دارد.

معایب

• پرتوهای واگرا در آن بیشتر است و از این رو کیفیت چندانی ندارد.
• عمر کوتاهتری نسبت به LED ها دارند.
• هنگام استفاده از منبع تغذیه ناپایدار در معرض آسیب قرار می گیرد.

کاربردهای دیود نوری لیزر

• در دستگاه های ذخیره سازی نوری استفاده می شود.
• در چاپگرهای لیزری و دستگاه های فکس لیزری استفاده می شود.
• در نشانگرهای لیزری به کار می رود.
• در بارکد خوان ها کاربرد دارد.
• در درایوهای DVD و CD استفاده می شوند.
• در تکنولوژی HD DVD و BLU RAY کاربرد دارد.
• در کارهای صنعتی از قبیل عملیات حرارتی، روکش فلزی و جوشکاری درز استفاده می شود.
• در تکنولوژی ارتباطات مانند ارتباط و انتقال داده ها، کاربردهای بسیاری دارد.

حال که با دیود نوری، مشخصات، کاربردها و انواع آن به خوبی آشنا شده اید. وقت آن رسیده است که کار با این قطعه الکترونیکی کاربردی را شروع کنید، پس همین حالا شروع به مطالعه پروژه‌های وبلاگ کنید و ساخت پروژه های جذاب را شروع کنید. شما میتوانید سوالات و نظرات خود را در بخش دیدگاه با ما در میان بگذارید.