يشبه عمل الترانزستور الضوئي عمل الترانزستور العادي إلا أنه يعتمد على الظاهرة الفولتية الضوئية ((Photovoltaic Effect حيث إن قاعدة الترانزستور حساسة للضوء لاحظ شكل (12) حيث إن طبقة القاعدة ذات حجم كبير. ويتولد تيار القاعدة بتأثير الضوء ويتناسب مع شدة الإضاءة على السطح الحساس للضوء. ويكافئ الترانزستور الضوئي ثنائي ضوئي مع ترانزستور، ومن ميزاته أنه سریع الاستجابة.

عند وضع الترانزستور الضوئي في الظلام يصبح في حالة قطع، ولا يمر تيار بين المجمع والباعث، وعند تعرض السطح الحساس للضوء، يتولد تيار قاعدة صغير ينتج عن ذلك تيار كبير يمر بين المجمع والباعث. كما توجد أيضا ترانزستورات تأثير المجال الضوئية التي تستخدم التأثير الضوئي في توليد جهد البوابة الذي يتحكم بتيار المصرف (Drain) – المنبع (Source). والشكل (12) يوضح رمز الترانزستور الضوئي وبعض الأشكال الشائعة.

شکل (12) رمز الترانزستور الضوئي وبعض الأشكال الشائعة

- مبدأ عمل الترانزستور الضوئي

يبين الشكل (13) ترانزستوراً ضوئياً ثنائي القطبية موصولاً مع مصدر جهد على طرفيه (المجمع والباعث) ويشبه عمله عمل الترانزستور ثنائي القطبية نوع NPN العادي إلا أن طبقة القاعدة P كبيرة وعند تعرضها للضوء تصطدم فوتونات الضوء مع إلكترونات المادة P فتكسبها طاقة كافية لتتجاوز حاجز منطقة الاستنزاف لتصل إلى منطقة المجمع N وتترك مكانها أيونات موجبة سرعان ما تجذب إليها إلكترونات الباعث، ونتيجة لذلك يتشكل تيار كهربائي يمر من المجمع إلى الباعث.

شكل (13)

الترانزستورات الضوئية ذات الثلاثة أطراف: الترانزستورات الضوئية ذات الطرفين حساسة للضوء، ولكن عند توفر إضاءة ضعيفة تكون غير قادرة على توليد تيار في القاعدة كاف للانتقال إلى التشبع (تيار مناسب). هناك ترانزستورات ذات ثلاثة أطراف، الشكل (14) بإضافة طرف القاعدة الذي يستخدم لتثبيت انحياز الترانزستور بحيث يمكن من التحكم في حساسيته للضوء بشكل جيد. ويمكن أن يستخدم الترانزستور الضوئي ذو الثلاثة أطراف بدلاً من الترانزستورات الضوئية ذات الطرفين في شكل (14) الترانزستور ذو ثلاثة أطراف التطبيقات باستخدام طرفين فقط بدون استخدام طرف القاعدة.

شكل (14) الترانزستور ذو ثلاثة أطراف

- ترانزستورات دارلنجتون الضوئية

يمكن توصيل ترانزستور عادي مع ترانزستور ضوئي ليستفاد من خاصية توصيلة دارلنجتون بالإضافة إلى الخاصية الضوئية بحيث تشبه آلية عمله عمل ترانزستورات دارلنجتون ثنائي القطبية بالإضافة إلى حساسيته للضوء لكن بزمن الاستجابة كبير نسبيا، وتتوفر هذه الترانزستورات برجل قاعدة أو بدونها.

شكل (15) رمز ترانزستورات دارلنجتون الضوئية

- المواصفات الفنية للترانزستورات الضوئية

للترانزستورات الضوئية كما للترانزستورات العادية جهد انهيار ومعدلات جهد وتيار تشغيل ومنحنى خصائص. وكما يعتمد تيار المجمع I_C على كثافة الإشعاع الساقط على قاعدة الترانزستور وعلى كسب التيار (Gain) وعلى تيار القاعدة الخارجي في الترانزستورات الضوئية ثلاثية الأطراف.

في حالة الظلام التام يمر تيار صغير بين المجمع والباعث يسمى تيار الظلام Dark Current l_d ويمكن إهماله لصغره (عادة في مجال nA) يبين الشكل التالي منحنى خصائص الترانزستور الضوئي مبينا العلاقة بين شدة الإشعاع الساقط وتيار المجمع. لاحظ أنه كلما كانت شدة الإضاءة أعلى كان التيار المار أكبر

شكل (16) منحنى الخصائص للترانزستور الضوئي

- التطبيقات

ممكن أن تكون نفس التطبيقات السابقة ولكن الحساسية للضوء باستخدام الترانزستور أفضل، ويمكن استخدام الترانزستور الضوئي بشكل جيد لكشف الأشعة تحت الحمراء؛ لذلك يستخدم في أجهزة الإنذار بكثرة.

مثال 1:__________________________________________

تشغيل حمل كهربائي:

ممكن استخدام ترانزستور ضوئي ذي طرفين فقط، ووصله مع ترانزستور آخر توصيلة دارلجنتون (إذا لم يكن تيار الترانزستور الضوئي كافياً لتشغيل المرحل أو استخدام ترانزستور ذي ثلاثة أطراف لضبط حساسية الإضاءة الشكل (17).

شكل (17)

عندما يكون الترانزستور في الظلام أو مستوى إضاءة منخفض (يتحكم فيه عن طريق المقاومة المتغيرة) يكون الترانزستور في حالة القطع، مما يعني أن ملامسات المرحل مفتوحة (المرحل لا يعمل). عند ارتفاع شدة الإضاءة تعمل على نقل الترانزستور إلى التشبع، ويمر تيار في ملف المرحل فيعمل ويغلق الملامسات وبهذا يعمل الحمل الكهربائي.

مثال 2:__________________________________________

دارات الاستقبال:

يمكن استخدام الترانزستور الضوئي كدارة استقبال لمرسلات ضوئية في تطبيقات التحكم عن بعد Remote control والتي يستخدم فيها غالبا الأشعة تحت الحمراء Infra Red. يبين الشكل (18) دارة يستخدم فيها ترانزستور ضوئي ككاشف موجة ضوئية مع مضخم ترانزستوري.

شكل (18)

مواضيع ذات صلة

الحساسات النانوية لرصد وتعقب حرائق الغابات

التكامل بين تكنولوجيا النانو وتكنولوجيا الاستشعار من بعد لرصد تلوث الهواء الجوي

الحساسات النانوية للحالة الصلبة

الحساسات النانوية لرصد ملوثات الهواء

تكنولوجيا النانو وصناعة الحساسات

الحساسات النانوية

تقنية النانو في الطباعة على الأسطح Nano–Lithography

تقنية الطباعة على الأسطح Lithography

التنافس العالمي في إنتاج الحاسبات المعتمدة على تكنولوجيا النانو

قانون مور

تركيب الترانزستور وكيفية عمله

ماهية الترانزستورات