ஃபோட்டோடியோடுகள் மற்றும் ஃபோட்டோடிரான்சிஸ்டர்களின் செயல்படும் கொள்கை

ஃபோட்டோடியோடுகள் மற்றும் ஃபோட்டோடிரான்சிஸ்டர்களின் செயல்படும் கொள்கை

நவீன மின்னணு தொழில்நுட்பத்தின் வளர்ச்சி, ஒளியை 'உணர்ந்து' அதை மின் சமிக்ஞைகளாக மாற்றும் திறன் கொண்ட உணர்வி சாதனங்களை பெரிதும் சார்ந்துள்ளது. இந்த நோக்கத்திற்காக மிகவும் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் இரண்டு கூறுகள் ஃபோட்டோடயோடுகள் மற்றும் ஃபோட்டோடிரான்சிஸ்டர்கள் ஆகும். இவை இரண்டும் ஒளி உணர்திறன் கொண்ட குறைக்கடத்திகள் குடும்பத்தைச் சேர்ந்தவை. இவை தானியங்கு அமைப்புகள், ஒளியியல் தகவல்தொடர்புகள், அளவிடும் கருவிகள் மற்றும் ரிமோட் கண்ட்ரோல்கள், பிரிண்டர்கள், கைபேசிகளில் உள்ள ஒளி உணர்விகள் போன்ற நுகர்வோர் சாதனங்களில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இரண்டும் ஒளிக்கு எதிர்வினையாற்றினாலும், ஃபோட்டோடயோடுகள் மற்றும் ஃபோட்டோடிரான்சிஸ்டர்கள் வெவ்வேறு இயக்கக் கொள்கைகள், பண்புகள் மற்றும் பயன்பாடுகளைக் கொண்டுள்ளன. இந்தக் கட்டுரை அவற்றின் செயல்பாட்டுக் கொள்கைகளை ஆழமாக விவாதித்து, அவற்றை ஒப்பிட்டு, அவற்றின் பயன்பாடுகளுக்கான எடுத்துக்காட்டுகளையும் வழங்குகிறது.

-

1. குறைக்கடத்திகளில் ஒளி உணர்தலின் அடிப்படைகள்

ஃபோட்டோடியோடுகள் மற்றும் ஃபோட்டோடிரான்சிஸ்டர்களைப் புரிந்துகொள்ள, குறைக்கடத்திகளின் முக்கியக் கருத்தான மின்னூட்டக் கடத்திகள், எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் துளைகள் ஆகியவற்றை நாம் நினைவில் கொள்ள வேண்டும். ஒளி (ஃபோட்டான்கள்) ஒரு குறைக்கடத்திப் பொருளின் மீது மோதும்போது, ​​அவை எலக்ட்ரான்களுக்கு ஆற்றலூட்டி, அவற்றை இணைதிறன் பட்டையிலிருந்து கடத்துதல் பட்டைக்கு நகரச் செய்கின்றன. இந்தச் செயல்முறை எலக்ட்ரான்-துளை இணைகளை உருவாக்குகிறது. எவ்வளவு அதிகமாக ஃபோட்டான்கள் உறிஞ்சப்படுகின்றனவோ, அவ்வளவு அதிகமான மின்னூட்டக் கடத்தி இணைகள் உருவாகி, பாயக்கூடிய மின்னோட்டத்தின் அளவை அதிகரிக்கின்றன.

முக்கியமான விஷயம் என்னவென்றால்: ஒளி, கூறுகளின் மின் பண்புகளில் மாற்றங்களைத் தூண்டுகிறது. இந்த மாற்றங்கள் மின்னோட்டத்தின் அதிகரிப்பு, மின்தடையின் குறைவு அல்லது மின்னழுத்தத்தின் தோற்றம் போன்ற வடிவங்களில் இருக்கலாம். ஃபோட்டோடயோடுகள் மற்றும் ஃபோட்டோடிரான்சிஸ்டர்களில், முதன்மையான மாற்றம் மின்னோட்டத்தில் காணப்படுகிறது.

-

2. ஒளி இருமுனையின் செயல்படும் கொள்கை

அ. கட்டமைப்பு மற்றும் செயல்பாட்டு முறை
ஒரு ஃபோட்டோடையோடு என்பது அடிப்படையில் ஒளிக்கு உணர்திறன் கொண்டதாக வடிவமைக்கப்பட்ட ஒரு PN டையோடு (அல்லது PIN மற்றும் அவலான்ச் ஃபோட்டோடையோடுகள் போன்ற அதன் வகைகள்) ஆகும். PN அமைப்பானது, தடையற்ற மின்னூட்டக் கடத்திகள் இல்லாத ஒரு தேய்வுப் பகுதியை உருவாக்குகிறது; இப்பகுதி ஒரு மின்னூட்டப்பட்ட "பிரிப்பு மண்டலம்" போல செயல்படுகிறது.

ஒளி இருமுனைகள் பல்வேறு முறைகளில் இயங்க முடியும், ஆனால் மிகவும் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படுபவை:

1. ஒளிக்கடத்தும் முறை (எதிர்ச் சாய்வு)
ஃபோட்டோடையோடு எதிர்-சாய்வு செய்யப்பட்டுள்ளது. குறைவுப் பகுதி அகலமாகிறது, துலங்கல் வேகமடைகிறது, மின்தேக்கம் குறைகிறது, மற்றும் நேரியல் தன்மை பொதுவாக நன்றாக உள்ளது. இந்த முறை சென்சார்கள் மற்றும் ஒளியியல் தகவல்தொடர்புகளுக்கு மிகவும் பொதுவானது.

2. ஒளிமின்னழுத்தப் பயன்முறை (சாய்வு இல்லை/பூஜ்ஜிய சாய்வு)
ஃபோட்டோடயோடுகள் வெளிப்புறமாகச் சார்புபடுத்தப்படுவதில்லை. உள்வரும் ஒளி, ஒரு சூரிய மின்கலத்தைப் போன்ற மின்னழுத்தத்தை உருவாக்குகிறது, இருப்பினும் அது சிறிய அளவாகும். இது குறைந்த இரைச்சல் என்ற நன்மையைக் கொண்டிருப்பதால், சில அளவீடுகளுக்கு ஏற்றதாக அமைகிறது, ஆனால் இதன் துலங்கல் எதிர்ச் சார்பை விட மெதுவாக இருக்கலாம்.

b. ஒளியை மின்னோட்டமாக மாற்றும் செயல்முறை
ஒளி இருமுனையம் ஒளிக்கு வெளிப்படும்போது:

1. ஃபோட்டான்கள் குறைவுப் பகுதியில் அல்லது சந்திக்கு அருகில் உறிஞ்சப்படுகின்றன.
2. ஓர் எலக்ட்ரான்-துளை ஜோடி உருவாகிறது.
3. மின்புலம் சந்திப்பில் உள்ள உள் பகுதி அந்த ஜோடியைப் பிரிக்கிறது:
– எலக்ட்ரான்கள் N பக்கத்திற்குத் தள்ளப்படுகின்றன.
– துளை P பக்கத்திற்குத் தள்ளப்பட்டது
4. இந்த மின்னூட்டப் பிரிப்பு ஒரு ஒளிமின்னோட்டத்தை உருவாக்குகிறது.

மொத்த வெளிப்பாய்வு என்பது பொதுவாக பின்வருவனவற்றின் கலவையாகும்:
இருள் மின்னோட்டம்: ஒளி இல்லாமலும் பாயும் ஒரு சிறிய மின்னோட்டம் (வெப்ப விளைவுகளால்).
ஒளிமின்னோட்டம்: ஒளிச்செறிவுக்கு நேர் விகிதத்தில் இருக்கும் மின்னோட்டம்.

எளிமையாகச் சொன்னால், ஒளி எவ்வளவு பிரகாசமாக இருக்கிறதோ, அவ்வளவு அதிகமாக ஒளிமின்னோட்டம் இருக்கும்.

c. ஒளி இருமுனைகளின் பண்புகள்
ஒளி இருமுனைகளின் சில முக்கிய பண்புகள் பின்வருமாறு:
– விரைவான பதிலளிப்பு (உயர் அதிர்வெண் சமிக்ஞைகளுக்கு ஏற்றது)
– ஒரு குறிப்பிட்ட வரம்பில் ஒளிச்செறிவுக்கு நேரியல்
– ஒரு போட்டோடிரான்சிஸ்டருடன் ஒப்பிடும்போது இதன் வெளியீட்டு மின்னோட்டம் ஒப்பீட்டளவில் குறைவாக இருப்பதால், இதற்கு பெரும்பாலும் ஒரு பெருக்கி (ஆப்-ஆம்ப்/டிரான்சிம்பெடன்ஸ் ஆம்ப்ளிஃபையர்) தேவைப்படுகிறது.
துல்லியமான பயன்பாடுகளில் இரைச்சல் மற்றும் இருள் மின்னோட்டம் ஆகியவை முக்கியமான காரணிகளாகும்.

-

3. ஒளி டிரான்சிஸ்டரின் செயல்படும் கொள்கை

அ. ஒரு ஒளி டிரான்சிஸ்டரின் அடிப்படை அமைப்பு
ஒரு போட்டோடிரான்சிஸ்டர் என்பது அடிப்படையில், அதன் பேஸ் ஒளி உணர்திறன் கொண்டதாக உருவாக்கப்பட்ட ஒரு BJT (பொதுவாக NPN) டிரான்சிஸ்டர் ஆகும். ஒரு போட்டோடிரான்சிஸ்டரில், ஒளி ஒரு "பேஸ் மின்னோட்டமாக" செயல்பட்டு, கலெக்டர்-எமிட்டர் மின்னோட்டத்தைக் கட்டுப்படுத்துகிறது.

ஃபோட்டான் விளைவிலிருந்து நேரடியாக மின்னோட்டத்தை உருவாக்கும் ஃபோட்டோடையோடுகளைப் போலல்லாமல், ஃபோட்டோடிரான்சிஸ்டர்கள் டிரான்சிஸ்டரின் பெருக்கத்தைப் பயன்படுத்துகின்றன. இந்தப் பெருக்கத்தின் காரணமாக, ஃபோட்டோடிரான்சிஸ்டரின் வெளியீட்டு மின்னோட்டம் மிகவும் அதிகமாக இருக்க முடியும்.

ஆ. செயல்படும் முறை: அடிப்படை மின்னோட்டத்திற்குப் பதிலாக ஒளி
அது செயல்படும் விதத்தை பின்வருமாறு விளக்கலாம்:

1. ஒளி, பேஸ்-கலெக்டர் பகுதியை (பொதுவாக BC சந்திப்பு) தாக்குகிறது.
2. ஃபோட்டான் உறிஞ்சப்படுவதால் எலக்ட்ரான்-துளை ஜோடிகள் உருவாகின்றன.
3. இந்த விளைவு, ஒளி அடிப்படை மின்னோட்டத்திற்குச் சமமான ஒரு சிறிய மின்னோட்டத்தை உருவாக்குகிறது.
4. ஒரு BJT டிரான்சிஸ்டரில், கலெக்டர் மின்னோட்டம் தோராயமாக:
\[
I_C ≈ β → I_B
\]
\( I_B \) ஒளியால் “உருவாக்கப்படுவதால்”, ஒளி \( I_C \) ஐக் கட்டுப்படுத்தும்.

இதன் விளைவாக, ஆதாயக் காரணி \(\beta\) காரணமாக, ஒரு ஃபோட்டோடையோடில் ஏற்படுவதை விட, ஒளிச்செறிவில் ஏற்படும் சிறிய மாற்றங்கள் சேகரிப்பான் மின்னோட்டத்தில் பெரிய மாற்றங்களை ஏற்படுத்தக்கூடும்.

c. மின்சுற்று முறை மற்றும் செயலாக்கம்
ஃபோட்டோடிரான்சிஸ்டர்கள் பெரும்பாலும் பின்வரும் முறைகளில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன:
– பொது உமிப்பான்: ஒரு மின்தடை வழியாக கலெக்டரிலிருந்து மின்னழுத்தத்திற்குச் சென்று, கலெக்டரில் வெளியீட்டை அளிக்கிறது. ஒளியின் வெளிப்பாட்டிற்கு உள்ளாகும் போது, ​​டிரான்சிஸ்டர் மேலும் “ஆன்” நிலையில் இருக்கும், அப்போது வெளியீட்டு மின்னழுத்தம் மாறும்.
– பொதுவான சேகரிப்பான் (உமிழ்ப்பான் பின்தொடரி): உமிழ்ப்பானில் வெளியீடு, சிலவற்றிற்குப் பயனுள்ளது ஆனால் எளிய உணரிகளில் குறைவாகவே காணப்படுகிறது.

சில நேரங்களில் ஃபோட்டோடிரான்சிஸ்டர்களில் பேஸ் பின் அகற்றப்பட்டிருக்கும் (3-பின்), ஆனால் பலவற்றில் 2-பின் மட்டுமே இருக்கும் (உள்ளே இருக்கும் பேஸை அணுக முடியாது).

d. ஒளி டிரான்சிஸ்டர்களின் பண்புகள்
– அதிக உணர்திறன் (அதிக வெளியீட்டு மின்னோட்டம்)
– மின்னூட்டச் சேமிப்பு செயல்முறை மற்றும் டிரான்சிஸ்டர் இயக்கவியல் காரணமாக ஃபோட்டோடியோடுகளை விட மெதுவாகச் செயல்படும்.
– சில சூழ்நிலைகளில், குறிப்பாக செறிவூட்டலுக்கு அருகில், நேர்கோட்டுத் தன்மை குறைவாகக் காணப்படும்.
– ஒளி/இருள் கண்டறிதல், பொருள் உணர்தல், ஆப்டோகப்ளர்கள், சுழற்சி எண்ணிகள் மற்றும் எளிய கட்டுப்பாட்டுப் பயன்பாடுகளுக்கு ஏற்றது.

-

4. ஃபோட்டோடையோடு மற்றும் ஃபோட்டோடிரான்சிஸ்டர் ஒப்பீடு

முக்கிய வேறுபாடுகளின் சுருக்கம் இதோ:

1. பதிலளிக்கும் வேகம்
– ஃபோட்டோடையோடு: மிக வேகமானது (ஒளியியல் தகவல்தொடர்பு, வேகமான பண்பேற்றம் ஆகியவற்றுக்கு உகந்தது)
– ஒளி டிரான்சிஸ்டர்: மெதுவானது (பொதுவான சென்சார்களுக்குப் போதுமானது)

2. உணர்திறன் / பெருக்கம்
– ஒளி இருமுனையம்: குறைந்த மின்னோட்டம், பெரும்பாலும் பெருக்கம் தேவைப்படுகிறது.
– ஒளி டிரான்சிஸ்டர்: டிரான்சிஸ்டர் பெருக்கத்தின் காரணமாக அதிக மின்னோட்டம்

3. நேரியல் தன்மை
– ஒளி இருமுனைகள்: பொதுவாக அதிக நேர்கோட்டுத் தன்மை கொண்டவை
– ஒளி டிரான்சிஸ்டர்: நேரியல் அல்லாததாக இருக்கலாம், எளிதில் நிறைவுறும்.

4. தொடர்கள்
– ஒளி இருமுனையம்: இதற்கு பெரும்பாலும் மின்னோட்டத்தை மின்னழுத்தமாக மாற்றும் பெருக்கிச் சுற்று தேவைப்படுகிறது.
– போட்டோடிரான்சிஸ்டர்: ஒரு எளிய லோட் ரெசிஸ்டருடன் நேரடியாகப் பயன்படுத்தலாம்.

5. விண்ணப்பம்
– ஒளி இருமுனைகள்: இழை ஒளித் தொடர்பு, துல்லியமான உணர்விகள், அளவீடு செய்யப்பட்ட ஒளி அளவீடு
– ஒளி டிரான்சிஸ்டர்கள்: பொருள் கண்டறிவான்கள், வரி உணர்விகள், ஒளி இணைப்பான்கள், ஒளி நிலைமாற்றிகள்

-

5. நிஜ வாழ்க்கைப் பயன்பாடுகளுக்கான எடுத்துக்காட்டுகள்

1. ஆப்டோகப்ளர்
பல ஆப்டோகப்ளர்கள் ஃபோட்டோடிரான்சிஸ்டர்களைப் பயன்படுத்துகின்றன, ஏனெனில் வெளியீட்டு சமிக்ஞையானது டிஜிட்டல் அல்லது ஸ்விட்சிங் சுற்றுகளை இயக்குவதற்குப் போதுமான அளவு பெரியதாக இருக்க வேண்டும்.

2. அகச்சிவப்பு ஏற்பி
அகச்சிவப்பு (IR) பெறுவான்களில் (ரிமோட்கள்), பண்பேற்றத்திற்கு (எ.கா. 38 kHz) வேகமான துலங்கல் தேவைப்படுவதால், உள்ளக பெருக்கிகளைக் கொண்ட ஒளி இருமுனையங்கள் அல்லது ஒளி இருமுனைய அடிப்படையிலான அகச்சிவப்பு பெறுவான் தொகுதிகள் பெரும்பாலும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

3. ரோபோவில் உள்ள லைன் சென்சார்
கருப்பு/வெள்ளை பரப்புகளில் இருந்து வரும் ஒளிப் பிரதிபலிப்புகளைப் படிப்பதற்காக, ஃபோட்டோடிரான்சிஸ்டர்கள் பெரும்பாலும் அகச்சிவப்பு (IR) LED-களுடன் டிரான்ஸ்மிட்டர்களாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

4. ஒளிச்செறிவுமானி
ஒளிச்செறிவின் துல்லியம் மற்றும் நேர்கோட்டுத்தன்மை தேவைப்படும் சாதனங்களுக்கு ஃபோட்டோடியோடுகள் மிகவும் பொருத்தமானவை.

-

6. கெசிம்புலன்

ஃபோட்டோடயோடுகள் மற்றும் ஃபோட்டோடிரான்சிஸ்டர்கள் ஆகிய இரண்டும் ஒளியை மின் சமிக்ஞைகளாக மாற்றுகின்றன, ஆனால் அவை வெவ்வேறு அணுகுமுறைகளைப் பயன்படுத்தி செயல்படுகின்றன . ஃபோட்டோடயோடுகள், PN சந்திப்பில் எலக்ட்ரான்-துளை ஜோடிகள் உருவாவதைப் பயன்படுத்தி, வேகமான மற்றும் ஒப்பீட்டளவில் நேரியல் தன்மையுடைய ஒளிமின்னோட்டத்தை உருவாக்குகின்றன. இதனால், அவை அதிவேகப் பயன்பாடுகளுக்கும் துல்லியமான அளவீடுகளுக்கும் மிகவும் ஏற்றவையாக இருக்கின்றன. மறுபுறம், ஃபோட்டோடிரான்சிஸ்டர்கள் ஒளியின் விளைவுகளைப் பயன்படுத்தி பேஸ் மின்னோட்டத்தை "மாற்றி", பின்னர் அதை டிரான்சிஸ்டரின் பெருக்கத்தின் மூலம் பெருக்கிவிடுகின்றன. இதனால், அவை அதிக உணர்திறன் கொண்டவையாகவும், எளிய மின்சுற்றுகளில் பயன்படுத்த எளிதாகவும் இருக்கின்றன. இருப்பினும், அவை பொதுவாக மெதுவாகவும், நேரியல் தன்மை குறைவாகவும் செயல்படுகின்றன.

இரண்டும் எவ்வாறு செயல்படுகின்றன என்பதைப் புரிந்துகொள்வதன் மூலம், நமது தேவைகளுக்கு ஏற்ற சரியான கூறுகளை நாம் தேர்ந்தெடுக்கலாம்: அதாவது, நாம் வேகம் மற்றும் துல்லியத்தை (ஃபோட்டோடயோடுகள்) நாடினாலும் சரி, அல்லது உணர்திறன் மற்றும் எளிமையை (ஃபோட்டோடிரான்சிஸ்டர்கள்) நாடினாலும் சரி. சரியாகப் பயன்படுத்தப்படும்போது, ​​இவை இரண்டும் நவீன ஒளியியல் உணரி அமைப்புகளின் இன்றியமையாத அடித்தளங்களாக அமைகின்றன.