آشنایی با فتوسل (۲ نوع اصلی و اساس کار)

گاهی اوقات لازم داریم مداری داشته باشیم که با شدت نور رفتار متفاوتی از خودش نشان دهد و
در این مواقع باید بدانیم که فتوسل چیست؟

با یک نگاه به مدارهای الکترونیکی می توان فهمید که این قطعه یکی از انواع پرکاربرد سنسورهای الکترونیکی است.

در این مقاله به بررسی فتوسل به زبان ساده می پردازیم.

1# فتوسل چیست؟

فتوسل (Photocell) که به آن مقاومت نوری (Photo resistor) یا مقاومت وابسته به نور (Light-Dependent Resistor) یا LDR هم گفته می شود،
سنسوری است که به ما اجازه می‌دهند نور را تشخیص بدهیم و براساس میزان نور موجود پارامتری را در مدار تغییر دهیم.

همانطور که از اسم این قطعه پیداست، پارامتر تغییر یافته مقدار مقاومت قطعه است و
در نتیحه LDR از انواع سنسور الکترونیکی مقاومتی است.

2# ساختار داخلی فتوسل

این قطعه از یک جسم نیمه هادی با مقاومت بالا ساخته شده است که
براساس میزان نور مقدار مقاومت آن تغییر می کند.

به این شکل که هر زمان که محیط تاریک باشد، مقاومت بالا و در حدود مگا اهم (MΩ) دارد.

و زمانی که نور در محیط وجود داشته باشد و محیط روشن باشد، مقاومتی پایین و در حد چند صد اهم دارد.

3# اساس کار فتوسل

وقتی نور به سنسور نوری برخورد می کند، الکترون های والانس (الکترون های لایه ظرفیت) اتم های سازنده آن، انرژی نور را دریافت می کنند و
از اتم جدا شده و به الکترون آزاد تبدیل می شوند.

الکترون های آزاد، آزادانه در فتوسل حرکت می کنند و باعث ایجاد جریان الکتریکی می شوند.

هرچه نور بیشتری به فتوسل بتابد، تعداد الکترون های بیشتری در آن آزاد می شوند و
جریان الکتریکی افزایش می یابد و
بلعکس هرچقدر مقدار نور کمتر شود تعداد الکترون ها محدود تر شده و رسانایی رفته رفته کاهش پیدا می کند.

4# کاربرد فتوسل چیست؟

بعد از اینکه متوجه شدیم فتوسل چیست و طرز کار آن به چه صورت است بیایید برررسی کنیم که
کاربرد آن چیست و چطور مورد استفاده قرار می گیرد؟

فتوسل در اصل مقاومتی است که مقدار مقاومتش وابسته به اینکه چقدر نور به آن می تابد، تغییر می کند.

یکی از رایج ترین کاربردهای این قطعه روشن کردن چراغ های محیط بیرون هنگام غروب آفتاب و خاموش کردن آن ها زمان طلوع آفتاب است.

از سایر کاربردهای فتوسل می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• روشن کردن محوطه پارک یا چراغ های خیابان بعد از تاریکی
• تنظیم نور در محیط خانگی
• روشن و خاموش کردن تابلوهای تجاری

فتوسل های پریزی (Plugin) با پریزهای برق استاندارد کار می کنند که
این یک راه راحت برای روشن و خاموش کردن چراغ مطالعه یا آباژور زمینی است.

فتوسل های linear Voltage (ولتاژ خطی) کل مدار الکتریکی را کنترل می کنند و
یک راه ایده آل برای مدیریت امنیت یا روشنایی محوطه هستند.

در واقع در هر یک از کاربردها، فتوسل به یکی از دو کار زیر می پردازد.

1. نور را با تولید ولتاژ به انرژی الکتریکی تبدیل می کند.
2. از نور در سلول های هادی نور یا فوتوکانداکتیو (photo conductive) برای تنظیم جریان استفاده می کند.

وقتی در برابر نور محیط یا تاریکی قرار می گیرند، این قطعه می تواند وضعیت نور را به کنترلر گزارش دهد.

5# نماد مداری فتوسل چیست؟

دو نماد استاندارد برای این قطعه وجود دارد که در شکل زیر نشان داده شده است.

6# انواع فتوسل

این نوع از سنسورها به دو دسته کلی تقسیم می شوند:

1. فتوسل درونی (Intrinsic photocell)
2. فتوسل بیرونی (Extrinsic photocell)

#1-6 فتوسل درونی

مدل درونی از مواد نیمه هادی خالص مثل سیلیسیوم یا ژرمانیوم ساخته می شوند.

این عناصر چهار الکترون والانس دارند و
زمانی که در کنار هم قرار می گیرند الکترون ها دو به دو بایکدیگر پیوند کووالانسی برقرار می کنند و
تعداد کمی از آن ها می توانند با دریافت انرژی به الکترون آزاد تبدیل شوند و باعث برقراری جریان شوند.

بنابراین مقدار کمی جریان را عبور می دهند.

#2-6 فتوسل بیرونی

مدل های بیرونی از سیلیسیوم و ناخالصی هایی مانند فسفر ساخته شده اند.

هر اتم سیلیسیوم، چهار و هر اتم فسفر، پنج الکترون والانس دارد که وقتی در کنار هم قرار می گیرند،
4 پیوند کووالانسی بین الکترون ها برقرار می شود و
یکی از الکترون های فسفر بدون پیوند باقی می ماند.

این الکترون با دریافت انرژی نور به الکترون آزاد تبدیل شده و باعث انتقال جریان می شود.

در این photocell ها مقدار کمی نور باعث می شود جریان به سرعت افزایش پیدا کند.

تفاوت فتوسل های بیرونی و درونی در ناخالصی است که
در photocell های بیرونی با افزودن مقدار کمی ناخالصی، میلیون ها الکترون آزاد در سیستم ایجاد می شود.

7# مزایا و معایب فتوسل چیست؟

#1-7 مزایا

• اندازه کوچک
• ارزان قیمت بودن
• راحتی در جابجایی

#2-7 معایب

• دقت مقاومت نوری بسیار کم است.