یک راهنمای جامع برای عکسهای عکسبرداری: تعاریف ، انواع ، مکانیسم های عملیاتی و برنامه های کاربردی

در کاوش در دنیای جذاب فناوری الکترونیکی مدرن ، تحقیق و کاربرد عکسهای عکسبرداری بدون شک یک فصل درخشان است.این مؤلفه الکترونیکی منحصر به فرد به دلیل حساسیت زیاد به نور ، در بسیاری از زمینه ها نقش مهمی ایفا می کند.از سیستم های نورپردازی خودکار گرفته تا تحقیقات علمی پیچیده ، استفاده از Photoresistors مظهر تلفیقی کامل فناوری الکترونیکی و اصول نوری است.در این مقاله ، تجزیه و تحلیل عمیق از ماهیت و ترکیب ، اصل کار ، ویژگی های ساختاری ، بازنمایی نمادین ، ​​انواع و طیف گسترده ای از زمینه های کاربردی از عکسهای عکسبرداری انجام می شود ، با هدف ارائه یک دیدگاه جامع و عمیق برای درک اصول اصلی عکس های عکسبشرفناوری و کاربرد آن در فناوری مدرن.

گیرنده نور

عکسهای عکسبرداری ، که گاهی اوقات به آن مقاومتهای وابسته به نور (LDR) گفته می شود ، بر اصل اثر فوتوالکتریک شکوفا می شوند.این مؤلفه الکترونیکی منحصر به فرد در اصل از مواد نیمه هادی با مقاومت بالا ساخته شده است.به طور معمول آنها از موادی مانند کادمیوم سلنید (CDSE) ، سولفید کادمیوم (CDS) یا حتی سیلیکون (SI) یا ژرمانیوم (GE) تشکیل شده اند.انتخاب این مواد تصادفی نیست ؛ساختار باند آنها برای تولید کارآمد حاملان آنها در زیر نور مهم است.همه چیز در مورد دقت انتخاب است.

در اصل ، ویژگی مشخص کننده یک نورپردازی حساسیت حاد آن به نور است.آنها نسبت به نور بسیار حساس هستند ، بنابراین با افزایش شدت نور ، مقدار مقاومت کاهش می یابد (چند اهم از بین می رود).بنابراین ، هنگامی که نور روشن وجود دارد ، عکسبرداری به ماده ای با مقاومت کم تبدیل می شود و در صورت عدم وجود نوری به یک ماده با مقاومت بالا تبدیل می شود.

جالب ترین بخش: این تغییر در مقاومت مستقیماً با شدت نور مرتبط است.عکسهای عکسبرداری بیشتر از آنکه به عنوان آشکارسازهای سبک عمل کنند ، انجام می دهند.آنها همچنین اقدامات دقیقی از شدت نور هستند.علاوه بر این ، تنظیم ترکیب شیمیایی و ساختار این نیمه هادی ها می تواند آنها را با طول موج های خاص نور سازگار کند تا نیازهای مختلف کاربردی را برآورده کند.

یک راهنمای جامع برای تعاریف ، انواع ، مکانیسم های عملیاتی و برنامه های کاربردی

کارکردها از نورپردازی ها به قلمرو مکانیک کوانتومی و فیزیک حالت جامد می رسند که هم پیچیده و هم عمیق هستند.در هسته میکروسکوپی آن ، شاهد سفری از کشورهای انرژی تحول گرا هستیم.این فرایند بر هدایت الکتریکی مواد تأثیر می گذارد.

هنگامی که نور با یک ماده عکسبرداری ، مانند کادمیوم سلنید یا سولفید کادمیوم روبرو می شود.فوتون ها ، آن بسته های کوچک انرژی سبک ، با الکترون های Valence ترکیب می شوند.هر فوتون دارای انرژی است و میزان انرژی از نزدیک با طول موج نور ارتباط دارد.هرچه طول موج کوتاه تر باشد ، انرژی بیشتر می شود.اگر فوتون انرژی کافی داشته باشد (حداکثر طول موج یا پایین) ، الکترون ها را در باند Valence جذب می کند.این الکترون ها هنگام هیجان پر می شوند.آنها از محدوده اتمی به باند هدایت می رسند.الکترون های رایگان تولید می شوند.

هنگامی که یک الکترون Valence یک اتم را ترک می کند ، شکافی را به جا می گذارد که ما آن را "سوراخ" می نامیم.در زمینه فیزیک حالت جامد ، این سوراخ ها مشابه هزینه های مثبت هستند.

سرانجام ، الکترون های رایگان هنگام حرکت آزاد ، جریان الکتریکی را حمل می کنند.این سوراخ ها همچنین دارای جریان الکتریکی هستند و در باند Valence حرکت می کنند.این روند تدریجی است زیرا با افزایش نور در هادی های فوتوسل ، حامل های بار بیشتر برق را انجام می دهند.

به طور کلی ، میزان جریان جریان از طریق یک فوتوسل به تعداد سوراخ ها و الکترون های رایگان موجود بستگی دارد.یعنی هرچه انرژی نور بیشتر باشد ، تعداد الکترون ها و سوراخ های آزاد (حامل های بار) بیشتر می شود.پس از آن ، جریان جریان از طریق LDR افزایش می یابد.

خصوصیات ساختاری یک نورپردازی نقش اساسی در تعریف عملکرد آن دارد.هنگام مفهوم سازی عکس های عکسبرداری ، دو جنبه اصلی به نمایش در می آیند: خصوصیات نوری ماده و دستیابی به جذب نور بهینه شده در حالی که تولید جفت های الکترونیکی کارآمد.هسته Photoresistor منطقه نیمه هادی فعال است که در یک بستر نیمه اوج قرار دارد.این مؤلفه کاملاً در ساختار باند انرژی تعبیه شده است و یک تعیین کننده اساسی حساسیت به نورپردازی به نور طول موج های خاص است.

برای کالیبراسیون ریز پاسخ فوتوالکتریک ، از یک تکنیک دقیق به نام دوپینگ در فرآیند تولید استفاده می شود.این فرآیند عناصر کمیاب را به نیمه هادی معرفی می کند و باعث می شود غلظت الکترون و ساختار باند انرژی دقیقاً تنظیم شود.بنابراین ، این باعث افزایش عملکرد فوتوالکتریک Photoresistor می شود.

از نظر طراحی فیزیکی ، عکسبرداران به طور معمول دارای سطح بزرگی هستند.این سطح وسیع ضبط نور بهینه را تسهیل می کند.الگوهای ظریف سلولهای فتوولتائیک بر روی سطوح آنها قرار می گیرند و منطقه مواجهه مؤثر را گسترش می دهند.منطقه قرار گرفتن در معرض بزرگتر به معنای افزایش جذب فوتون است و در نتیجه باعث افزایش پاسخگویی و حساسیت می شود.

در طراحی یک نورپردازی ، تماس های فلزی با موقعیت استراتژیک منطقه فعال را احاطه کرده است.این مخاطبین یک هدف دوگانه را ارائه می دهند: نه تنها به عنوان یک پل برقی عمل می کنند ، بلکه به به حداقل رساندن مقاومت در منطقه روشنایی نیز کمک می کنند ، با طراحی باریک آنها مقاومت در برابر تماس را کاهش می دهد و از جریان یکپارچه جریان اطمینان می دهد.

نمادهای بین المللی (چپ) نمادهای آمریکایی (راست)

در زمینه نمودارهای مدار الکترونیکی ، بازنمایی نمادین از نورپردازی ها یک عنصر اصلی است.این به مهندسان و تکنسین ها کمک می کند تا در طراحی و تفسیر طرح های مدار حرکت کنند.با این حال ، تفاوت های ظریف در نمایندگی بین استانداردهای بین المللی ، مانند استانداردهای کمیسیون بین المللی الکتروتکنیک (IEC) و استانداردهای ایالات متحده ، مانند استانداردهای مؤسسه ملی ملی آمریکا (ANSI) وجود دارد.

در استانداردهای بین المللی ، برای درک بهتر و حافظه ، یک عکسبرداری به عنوان یک نماد مقاومت اساسی ، که با یک پیکان مورب از طریق مرکز آن تزئین شده است ، به تصویر کشیده شده است.این فلش چیزی بیش از یک خط نیست ، نمادی از هجوم نور است.این یک تأیید از نور خارجی است که به مقاومت نزدیک می شود.هدف وضوح و تطبیق پذیری است که ویژگی های بارز این نمادهای بین المللی است.

استاندارد آمریکایی از نماد کمی متفاوت استفاده می کند.در اینجا ، عکسبرداری هنوز نماد مقاومت اساسی را وام می گیرد.با این حال ، آنچه که آن را منحصر به فرد می کند ، فلش آن است - راست و اشاره به پهلو.این همچنین تأثیر نور بر خصوصیات مقاومت را نشان می دهد.غالباً در این نمودارهای ایالات متحده "LDR" (مقاومت وابسته به نور) حکاکی شده در این نزدیکی را پیدا خواهید کرد ، که یک یادآوری متنی است که عملکرد آن را روشن می کند.

نمودارهای مدار قدیمی با عمیق تر به گذشته ، تصویری متفاوت ارائه می دهند.Photoresistors گاهی اوقات به عنوان مقاومت با خطوط زیگزاگ توصیف می شود.این نمایندگی امروزه کمتر متداول است ، زمزمه گذشته است و هنوز هم در برخی از ادبیات و آموزش های الکترونیکی قدیمی وجود دارد.

بازنمایی عکسهای عکسبرداری در نمودارهای مدار معاصر به سمت یک شکل متحد تر تکامل یافته است.مستطیل آشنا نمادی جهانی برای یک مقاومت مشترک ، به علاوه یک فلش ، برای نشان دادن نورپردازی است.این بیان مدرن هم بصری و هم آسان برای درک است و به استانداردی برای ارتباطات بین المللی تبدیل شده است.

نوع نورپردازی

عکسهای عکسبرداری عملکردهای جالبی دارند و عمدتاً با توجه به نوع ماده نیمه هادی مورد استفاده آنها طبقه بندی می شوند.انتخاب مواد ، واکنش پذیری و کارآیی آنها را تعیین می کند.به طور کلی ، آنها به دو دسته مختلف تقسیم می شوند: عکس های ذاتی و عکسهای عکسبرداری اپیتاکس.هر نوع توسط خواص مادی منحصر به فرد خود تعریف می شود و طاقچه های خاص خود را در مناطق کاربردی و ویژگی های عملکردی حک می کند.

Photoresistor ذاتی:

در دنیای عکسبرداران ذاتی ، خلوص مهم است.این دستگاه ها متشکل از مواد نیمه هادی خالص مانند ژرمانیوم (GE) و سیلیکون (SI) ، یک مطالعه ساده است.وضعیت خالص آنها تعداد مشخصی از الکترون های Valence را حفظ می کند.اما این عملکرد آنهاست که آنها را از هم جدا می کند: آنها بدون دوپینگ کار می کنند.در تاریکی ، شکاف بزرگ انرژی بین باند و انتقال به این مواد مقاومت بالایی می بخشد و باعث افزایش حامل های بار رایگان مانند الکترون و سوراخ می شود.آنها را روشن کنید و صحنه تغییر کند.انرژی فوتون الکترون های Valence را به سمت باند هدایت سوق می دهد و الکترون ها و سوراخ ها را آزاد می کند.با این حال ، عکس های ذاتی نیز محدودیت های خود را دارند.با توجه به استخر محدود الکترونها در نیمه هادی های خالص ، تعداد حامل های تولید شده در زیر نور هنوز محدود است.این محدودیت به معنای عکس العمل کمتر است.با این حال ، پایداری بالا و پاسخ طول موج خاص آنها باعث می شود آنها برای برنامه های دقیق خاص ایده آل شوند.

Photoresistor epitaxial:

در مقابل ، عکسهای عکسبرداری اپیتاکسی پیچیده تر هستند.آنها فراتر از خلوص می شوند و مواد نیمه هادی دوپ شده را اضافه می کنند.در اینجا ، عناصر کمیاب مانند فسفر یا بور به نیمه هادی معرفی می شوند و به طور چشمگیری خواص الکترونیکی آن را تغییر می دهند.دو نوع دوپینگ وجود دارد: N-Type ، سرشار از الکترونهای رایگان اضافی یا نوع P ، سرشار از سوراخ های اضافی.این فرآیند باعث افزایش تعداد حامل های بار رایگان در دسترس می شود و باعث افزایش هدایت حتی بدون ورودی انرژی خارجی می شود.در صورت وجود نور ، این مواد دوپ شده نه تنها به مکانیسم های تولید حامل ذاتی متکی هستند بلکه از اتم های دوپینگ نیز به دست می آیند ، در نتیجه به الکترون ها یا سوراخ های رایگان اضافی کمک می کنند.این اثر هم افزایی به طور قابل توجهی کل حامل های تحت روشنایی را افزایش می دهد و در نتیجه کاهش قابل توجهی در مقاومت ، به ویژه در شرایط روشنایی پایین ، باعث کاهش قابل توجهی در مقاومت می شود.عکسهای عکسبرداری epitaxial با استفاده از نور و حساسیت استثنایی خود می درخشند.آنها برای برنامه هایی که نیاز به پاسخگویی بالا و قابلیت تشخیص کم نور دارند ، مانند سیستم های امنیتی و کنترل روشنایی شب ، ترجیح داده می شوند.

چراغ های خیابانی در شب

عکسبرداران که به دلیل حساسیت به نور و طراحی ساده شناخته شده اند ، جایگاه خود را در برنامه های بی شماری پیدا کرده اند.بیایید به پیچیدگی های فنی برخی از مصارف خاص بپردازیم.
در زمینه سیستم های روشنایی کنترل اتوماتیک ، نورپردازی ها ضروری هستند.نورپردازی خودکار خیابانی را در نظر بگیرید: با سقوط غروب و کم نور محیط ، مقاومت یک نورپردازی در حال افزایش است.این تغییر باعث ایجاد یک مدار کنترل می شود و باعث می شود چراغ های خیابانی شب را روشن کنند.

چراغ های خیابان خورشیدی و گل میخ های جاده خورشیدی نیز به نورپردازی ها متکی هستند.آنها شدت نور خورشید و چرخه های دقیق و چرخه های تخلیه را برای استفاده بهینه انرژی اندازه گیری می کنند.در عکاسی ، این مؤلفه ها در سیستم اندازه گیری دوربین بسیار مهم هستند.آنها تنظیمات قرار گرفتن در معرض (مانند دیافراگم و سرعت شاتر) را کالیبره می کنند تا اطمینان حاصل شود که هر عکس بدون توجه به شرایط روشنایی کاملاً روشن است.

Photoresistors همچنین در تولید فیلم و فیلم نقش دارد.آنها روشنایی وسایل مختلف روشنایی را تنظیم می کنند ، که برای دستیابی به جلوه بصری مورد نظر ضروری است.

در سیستم های اتوماسیون خانگی ، عکسهای عکسبرداری در پرده های اتوماتیک و چراغ های شبانه یافت می شوند تا عملکرد دستگاه را بر اساس نور اطراف تنظیم کنند.در بخش تجاری ، آنها نورپردازی بیلبورد ، ساعتهای در فضای باز و رادیو ساعت را کنترل می کنند ، روشنایی و حالت نمایش را با توجه به تغییر در نور محیط تنظیم می کنند.

سیستم های امنیتی همچنین برای تشخیص تغییرات غیرمعمول در نور ، از عکس های عکاسی در هشدارهای دود و سارق استفاده می کنند.در هشدارهای دود ، آنها تغییر در پراکندگی نور یا مسدود شدن ناشی از دود را حس می کنند.آنها توسط سیستم های کنترل دسترسی و ردیاب های حرکتی برای حس تغییر در نور به دلیل حرکت انسان استفاده می شوند.

زمینه نجوم مادون قرمز نیز کنار گذاشته نشده است.در اینجا ، عکسهای عکسبرداری ، به ویژه آنهایی که به طول موج های مادون قرمز بسیار حساس هستند ، به عنوان آشکارساز عمل می کنند و تابش مادون قرمز اجسام آسمانی را مشاهده می کنند.

در تنظیمات صنعتی ، نورپردازی ها شعله های آتش را رصد می کنند و انتشار گازهای گلخانه ای خاص را مشخص می کنند.به عنوان سنسورها ، آنها در برنامه ریزی مسیر ، جلوگیری از مانع و تشخیص محیط زیست کمک می کنند.کارخانه های خودکار برای کنترل نورپردازی خط مونتاژ ، به صورت پویا تنظیم شرایط روشنایی برای بهبود کارایی کار به آنها متکی هستند.

Photoresistors یک وسیله الکترونیکی است که از فناوری روشنایی بهره می برد زیرا آنها جمع و جور هستند ، به طور گسترده ای از توزیع کنندگان مؤلفه الکترونیکی و مقرون به صرفه در دسترس هستند.آنها ممکن است دقیق تر باشند ، اما هنوز هم به اندازه کافی مناسب برای ارائه تجهیزات برقی هستند.هر تکرار از Photoresistor دارای مزایای منحصر به فردی است و می تواند برای سناریوهای مختلف کاربردی به دقت سفارشی شود.به طور خلاصه ، عکسهای عکسبرداری نه تنها یک مؤلفه ضروری در مهندسی الکترونیکی هستند ، بلکه یک ابزار کلیدی در کشف و بهره برداری از پیچیدگی انرژی نور هستند و از اهمیت ماندگار آن در مسیر فناوری اطمینان می دهند.

مطالب فوق کل مطالب این مقاله است ، امیدوارم که برای پروژه شما مفید باشد.اگر سؤال یا نظر دارید ، می توانید در هر زمان با ما تماس بگیرید.