يتطور العلم الحديث بنشاط في اتجاهات مختلفة ، في محاولة لتغطية جميع مجالات النشاط التي يمكن أن تكون مفيدة. من بين كل هذا ، يجب تمييز الأجهزة الإلكترونية الضوئية ، والتي تُستخدم في كل من عملية نقل البيانات وتخزينها أو معالجتها. يتم استخدامها في كل مكان تقريبًا حيث يتم استخدام تقنية أكثر أو أقل تعقيدًا.
ما هذا؟
الأجهزة الإلكترونية الضوئية ، والمعروفة أيضًا باسم optocouplers ، هي أجهزة خاصة من نوع أشباه الموصلات قادرة على إرسال واستقبال الإشعاع. تسمى هذه العناصر الهيكلية بالكاشف الضوئي وباعث الضوء. قد يكون لديهم خيارات مختلفة للتواصل مع بعضهم البعض. يعتمد مبدأ تشغيل هذه المنتجات على تحويل الكهرباء إلى ضوء ، وكذلك عكس هذا التفاعل. نتيجة لذلك ، يمكن لجهاز واحد إرسال إشارة معينة ، بينما يستقبلها الآخر ويفك تشفيرها. تستخدم الأجهزة الإلكترونية الضوئية في:
- وحدات اتصالات المعدات ؛
- دوائر الإدخال لأجهزة القياس ؛
- دوائر الجهد العالي والتيار العالي
- الثايرستور والتيرستورات القوية ؛
- أجهزة ترحيل وهكذاالتالي
يمكن تصنيف كل هذه المنتجات إلى عدة مجموعات أساسية ، اعتمادًا على مكوناتها الفردية أو تصميمها أو عوامل أخرى. المزيد عن ذلك أدناه.
باعث
الأجهزة والأجهزة الإلكترونية الضوئية مجهزة بأنظمة إرسال الإشارات. يطلق عليهم بواعث ، واعتمادًا على النوع ، يتم تقسيم المنتجات على النحو التالي:
- الليزر و LEDs. هذه العناصر هي من بين الأكثر تنوعًا. تتميز بكفاءة عالية ، وطيف شعاع ضيق للغاية (تُعرف هذه المعلمة أيضًا باسم شبه اللونية) ، ونطاق واسع إلى حد ما من العمليات ، مما يحافظ على اتجاه واضح للإشعاع وسرعة عالية جدًا. تعمل الأجهزة التي تحتوي على مثل هذه البواعث لفترة طويلة جدًا وهي موثوقة للغاية ، فهي صغيرة الحجم وتعمل بشكل جيد في مجال النماذج الإلكترونية الدقيقة.
- الخلايا الكهربائية. يُظهر عنصر التصميم هذا معلمة جودة تحويل ليست عالية جدًا ولا يعمل لفترة طويلة. في الوقت نفسه ، من الصعب جدًا إدارة الأجهزة. ومع ذلك ، فهي الأنسب لمقاومات الضوء ويمكن استخدامها لإنشاء هياكل متعددة العناصر ومتعددة الوظائف. ومع ذلك ، نظرًا لأوجه القصور فيها ، نادرًا ما يتم استخدام بواعث من هذا النوع ، فقط عندما لا يمكن الاستغناء عنها حقًا.
- مصابيح النيون. ناتج الضوء من هذه النماذج منخفض نسبيًا ، كما أنها لا تتحمل التلف جيدًا ولا تدوم طويلاً.تختلف في أحجام كبيرة. نادرًا ما يتم استخدامها في أنواع معينة من الأجهزة.
- المصابيح المتوهجة. تستخدم هذه بواعث فقط في معدات المقاوم وليس في أي مكان آخر.
نتيجة لذلك ، تناسب نماذج LED والليزر بشكل مثالي جميع مجالات النشاط تقريبًا ، وفي بعض المناطق التي يستحيل فيها القيام بخلاف ذلك ، يتم استخدام خيارات أخرى.
كاشف الصور
يتم تصنيف الأجهزة الإلكترونية الضوئية أيضًا وفقًا لنوع هذا الجزء من التصميم. يمكن استخدام أنواع مختلفة من المنتجات كعنصر استقبال.
- Photothyristors والترانزستورات والثنائيات. كلهم ينتمون إلى أجهزة عالمية قادرة على العمل مع انتقال من النوع المفتوح. في أغلب الأحيان ، يعتمد التصميم على السيليكون ، ولهذا السبب تحصل المنتجات على مدى واسع من الحساسية إلى حد ما.
- مقاومات ضوئية. هذا هو البديل الوحيد الذي يتمتع بميزة رئيسية تتمثل في تغيير الخصائص بطريقة معقدة للغاية. هذا يساعد على تنفيذ جميع أنواع النماذج الرياضية. لسوء الحظ ، فإن مقاومات الضوء هي القصور الذاتي ، مما يضيق نطاق تطبيقها بشكل كبير.
استقبال الحزمة هو أحد العناصر الأساسية لأي جهاز من هذا القبيل. فقط بعد أن يتم استلامها ، تبدأ المعالجة الإضافية ، ولن يكون ذلك ممكنًا إذا لم تكن جودة الاتصال عالية بما يكفي. نتيجة لذلك ، يتم إيلاء اهتمام كبير لتصميم جهاز الكشف الضوئي.
قناة بصرية
يمكن إظهار ميزات تصميم المنتجات بشكل جيد من خلال نظام التعيين المستخدم للأجهزة الكهروضوئية والإلكترونية الضوئية. ينطبق هذا أيضًا على قناة نقل البيانات. هناك ثلاثة خيارات رئيسية:
- قناة ممدودة. يكون جهاز الكشف الضوئي في مثل هذا النموذج بعيدًا بدرجة كافية عن القناة الضوئية ، ويشكل دليلًا خاصًا للضوء. يتم استخدام خيار التصميم هذا بشكل نشط في شبكات الكمبيوتر لنقل البيانات النشطة.
- قناة مغلقة. يستخدم هذا النوع من البناء حماية خاصة. إنه يحمي القناة تمامًا من التأثيرات الخارجية. تم تطبيق نماذج لنظام العزل الجلفاني. هذه تقنية جديدة وواعدة إلى حد ما ، يتم الآن تحسينها باستمرار واستبدال المرحلات الكهرومغناطيسية تدريجياً.
- قناة مفتوحة. يشير هذا التصميم إلى وجود فجوة هوائية بين جهاز الكشف الضوئي والباعث. تستخدم النماذج في أنظمة التشخيص أو أجهزة الاستشعار المختلفة.
النطاق الطيفي
من وجهة نظر هذا المؤشر ، يمكن تقسيم جميع أنواع الأجهزة الإلكترونية الضوئية إلى نوعين:
- المدى القريب. يتراوح الطول الموجي في هذه الحالة بين 0.8-1.2 ميكرون. في أغلب الأحيان ، يتم استخدام مثل هذا النظام في الأجهزة التي تستخدم قناة مفتوحة.
- طويل المدى. الطول الموجي هنا هو بالفعل 0.4-0.75 ميكرون. يستخدم في معظم أنواع المنتجات الأخرى من هذا النوع
تصميم
وفقًا لهذا المؤشر ، يتم تقسيم الأجهزة الإلكترونية الضوئية إلى ثلاث مجموعات:
- خاص. وهذا يشمل الأجهزة المجهزة ببواعث متعددة وأجهزة كشف ضوئية ، وأجهزة استشعار للوجود ، والموضع ، والدخان ، وما إلى ذلك.
- لا يتجزأ. في مثل هذه النماذج ، يتم استخدام الدوائر المنطقية الخاصة والمقارنات ومكبرات الصوت والأجهزة الأخرى بشكل إضافي. من بين أمور أخرى ، يتم عزل مخرجاتها ومدخلاتها جلفانيًا.
- الابتدائية. هذا هو أبسط نسخة من المنتجات التي يوجد فيها جهاز الاستقبال والباعث في نسخة واحدة فقط. يمكن أن يكون كل من الثايرستور والترانزستور ، الصمام الثنائي ، المقاوم ، وبشكل عام ، أي شيء آخر.
يمكن استخدام كل المجموعات الثلاث أو كل منها على حدة في الأجهزة. تلعب العناصر الهيكلية دورًا مهمًا وتؤثر بشكل مباشر على وظائف المنتج. في الوقت نفسه ، يمكن للمعدات المعقدة أيضًا استخدام أبسط الأصناف الأولية ، إذا كان ذلك مناسبًا. لكن العكس صحيح أيضًا.
الأجهزة الإلكترونية الضوئية وتطبيقاتها
من وجهة نظر استخدام الأجهزة ، يمكن تقسيم كل منهم إلى 4 فئات:
- الدوائر المتكاملة. تستخدم في مجموعة متنوعة من الأجهزة. يتم استخدام المبدأ بين العناصر الهيكلية المختلفة باستخدام أجزاء منفصلة معزولة عن بعضها البعض. هذا يمنع المكونات من التفاعل بأي طريقة أخرى غيرالذي قدمه المطور.
- العزل. في هذه الحالة ، يتم استخدام أزواج مقاومة بصرية خاصة ، وأصناف الصمام الثنائي ، والثايرستور أو الترانزستور ، وما إلى ذلك.
- التحول. هذه إحدى حالات الاستخدام الأكثر شيوعًا. في ذلك ، يتحول التيار إلى ضوء ويتم تطبيقه بهذه الطريقة. مثال بسيط هو كل أنواع المصابيح.
- التحويل العكسي. هذه نسخة معاكسة تمامًا ، حيث يتحول الضوء إلى تيار. يستخدم لإنشاء جميع أنواع أجهزة الاستقبال.
في الواقع ، من الصعب تخيل أي جهاز تقريبًا يعمل بالكهرباء ويفتقر إلى بعض أشكال المكونات الإلكترونية الضوئية. قد يتم تقديمها بأعداد صغيرة ، لكنها ستظل موجودة.
النتائج
جميع الأجهزة الإلكترونية الضوئية ، الثايرستور ، الثنائيات ، أجهزة أشباه الموصلات هي عناصر هيكلية لأنواع مختلفة من المعدات. إنها تسمح لأي شخص باستقبال الضوء أو نقل المعلومات أو معالجتها أو حتى تخزينها.
