اقرأ في هذا المقال
ما هي المقاومة المعتمدة على الضوء أو المقاومة الضوئية؟
بشكل عام، يتم تشغيل وصيانة التحكم في الأضواء والأجهزة المنزلية يدويًا في عدة مناسبات، لكن عملية التحكم في الأجهزة قد تتسبب في استنزاف الطاقة بسبب إهمال البشر أو ظروف غير عادية، للتغلب على هذا الأمر يمكننا استعمال دائرة المقاومة الضوئية لنتحكم في الأحمال القائمة على شدة الضوء، (LDR) أو المقاومة الضوئية هي عبارة عن جهاز يتكون من مادة شبه موصلة عالية وشديدة المقاومة.
يستجيب أحد المكونات الإلكترونية مثل (LDR) أو المقاومة المعتمدة على الضوء للضوء، بمجرد أن تسقط أشعة الضوء عليها، ستتغير المقاومة على الفور، قد تتغير قيم المقاومة لـ (LDR) على مدى عدة أوامر من حيث الحجم، ستنخفض قيمة المقاومة عندما يزداد مستوى الضوء، قيم مقاومة (LDR) في الظلام هي عدة ميغا أوم بينما في الضوء الساطع سوف تنخفض إلى مائة أوم، لذلك بسبب هذا التغيير في المقاومة، يتم استخدام هذه المقاومات بشكل كبير في تطبيقات مختلفة، تتغير حساسية (LDR) أيضًا من خلال الطول الموجي للضوء الساقط.
كيفية تصميم المقاومة الضوئية:
يمكن تصميم (LDRs) باستخدام مواد شبه موصلة للسماح بخصائصها الحساسة للضوء، المادة الشهيرة المستخدمة في هذه المقاومة هي (CdS) “كبريتيد الكادميوم”، على الرغم من أنّ استخدام هذه المادة مقيد حاليًا في الدول الأوروبية بسبب بعض المشكلات البيئية أثناء استخدام هذه المادة، وبالمثل، فإنّ (CdSe) “سيلينيد الكادميوم” مقيد أيضًا والمواد الإضافية التي يمكن استخدامها تشمل بشكل أساسي (PbS) “كبريتيد الرصاص”، و(InS) “أنتيمونيد الإنديوم”.
على الرغم من استخدام مادة شبه موصلة لهذه المقاومات، لأنّها مجرد أجهزة خاملة وليس لها تقاطع (PN)، هذا يفصلها عن (LDRs) الأخرى مثل الترانزستورات الضوئية (phototransistors) والصمامات الثنائية الضوئية (photodiodes).
بنية المقاومة الضوئية:
من أجل بناء (LDR) نستخدم مادة حساسة للضوء يتم جعلها على قضيب عازل مثل مادة السيراميك، يتم وضع المادة على شكل متعرج لنحصل على مقدار الطاقة والمقاومة التي نحتاجها، تعمل منطقة التعرج على فصل المناطق الموجودة على المعدن إلى منطقتين اثنتين، حيث يتم عمل الاتصالات الأومية إمّا على جانبي المنطقة، ولذلك يجب أن تكون مقاومة جهات الاتصال أقل قدر ممكن لنتأكد من أنّ المقاومة تختلف بسبب تأثير الضوء عليها فقط، ولذلك نبتعد عن استخدام مواد الرصاص والكادميوم لأنّها مواد ضارة بالبيئة.
مبدأ عمل المقاومة الضوئية:
مبدأ عمل (LDR) هو الموصلية الضوئية، وهي ليست سوى ظاهرة بصرية، عندما تمتص المادة الضوء، تتحسن موصلية المادة، عندما يسقط الضوء على (LDR)، فإنّ الإلكترونات الموجودة في نطاق التكافؤ للمادة تتجه إلى نطاق التوصيل، ولكن، يجب أن يكون للفوتونات الموجودة في الضوء الساقط طاقة تفوق فجوة نطاق المادة لجعل الإلكترونات تقفز من نطاق إلى نطاق آخر “من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل”.
ولذلك، عندما يصبح للضوء طاقة كبيرة، يتم تحفيز المزيد من الإلكترونات إلى نطاق التوصيل الذي يحتوي على عدد كبير من حاملات الشحنة، عندما تبدأ هذه العملية ويبدأ تدفق التيار في التدفق أكثر وأكثر، تقل مقاومة الجهاز.
دائرة المقاومة الضوئية:
دائرة (LDR) عبارة عن دائرة إلكترونية مبنية باستخدام (LDR)، ومرحل (relay)، وزوج دارلينجتون (Darlington pair)، وصمام ثنائي، يتم إعطاء إمداد الجهد للحمل، يتم توفير جهد التيار المستمر المطلوب لدائرة (LDR) من دائرة مقوم الجسر أو البطارية، تقوم هذه الدائرة بتغيير مصدر التيار المتردد إلى تيار مستمر، تستخدم دائرة مقوم الجسر محولًا للتنحي لخفض الجهد من (230) فولت إلى (12) فولت.
ترتبط الثنائيات على شكل جسر يستخدم لتغيير جهد التيار المتردد إلى تيار مستمر، يتم استخدام منظم الجهد لتغيير (12v DC-6v DC)، وبعد ذلك، يتم توفير جهد التيار المستمر هذا للدائرة بأكملها، يجب الاحتفاظ بمصدر جهد تيار متردد مقداره (230) فولت لكل من مقوم الجسر والحمل للتشغيل المستمر لدائرة المقاومة الضوئية.
في الصباح، يتمتع هذا المستشعر بمقاومة منخفضة تبلغ حوالي (100Ω)، وبالتالي، يتدفق مصدر الطاقة عبر (LDR) والأرض من خلال المقاومة المتغيرة والمقاومة، هذا بسبب المقاومة التي تقدمها المقاومة الضوئية في النهار أو عندما يسقط الضوء عليها، فهو أقل مقارنة بمقاومة الجزء الباقي من دائرة المقاومة الضوئية، نحن في حالة استعداد لتدفق التيار، إنّ تدفق التيار يكون دائمًا في مسار المقاومة المنخفضة.
لذلك، لا يحصل ملف المرحل على طاقة كافية لتعمل على تقويته، وبعدها، ينطفئ الضوء في النهار، بنفس الشكل، أثناء الليل، تزداد مقاومة (LDR) إلى قيمة عالية وكبيرة (20MΩ)، وبالتالي، نظرًا للمقاومة العالية للمقاومة، يكون تدفق التيار منخفضًا أو يكاد يكون صفرًا، الآن، تدفق التيار يكون عبر المقاومة المنخفضة بحيث يزيد الجهد الأساسي لزوج دارلينجتون ليصل إلى أكثر من (1.4) فولت، عند تشغيل ترانزستور دارلينجتون الزوجي، يحصل ملف الترحيل على ما يكفي من جهد الإمداد بالطاقة، وعندها يتم تبديل الضوء أثناء الليل.
اعتماد المقاومة الضوئية على التردد:
تختلف حساسية (LDR) بناءً على الطول الموجي للضوء الذي يؤثر على المنطقة المستجيبة للجهاز، يكون هذا التأثير ملحوظًا ويتم العثور عليه عندما يكون الطول الموجي للضوء خارج النطاق المحدد، فلن يكون هناك تأثير ملحوظ، ستستجيب الأجهزة المصنوعة من مواد مختلفة بطريقة مختلفة لأطوال موجات الضوء، ممّا يعني أنّه يمكن استخدام المكونات المختلفة لمجموعة متنوعة من التطبيقات، وجد أيضًا أنّ المقاومات الخارجية تميل إلى أن تكون أكثر استجابة لطول موجة الضوء ويمكن استخدامها للأشعة تحت الحمراء، ولكن بمجرد العمل مع الأشعة تحت الحمراء، يجب أن نحرص على تجنب تراكم الحرارة الناتج عن تأثير التسخين للإشعاع.
زمن انتقال المقاومة الضوئية:
زمن الانتقال هو الجانب الرئيسي المرتبط بـ (LDR) ممّا يعني الوقت المستغرق للاستجابة للمكونات لأي تغييرات، لذلك، هذه الميزة مهمة بشكل خاص لتصميم الدائرة، يستغرق الأمر وقتًا مرئيًا من أي تغييرات داخل مستوى الضوء قبل أن يصل (LDR) إلى آخر قيمته للمستوى الجديد من الضوء، لهذا السبب، فإنّ المقاومة المعتمدة على الضوء ليست خيارًا أفضل عندما يكون هناك تغيير سريع معقول لقيم الضوء، بمجرد حدوث تغييرات الضوء خلال فترة زمنية معينة، تكون فوق كافية.
معدل استرداد المقاومة ليس سوى المعدل الذي تتغير فيه المقاومة، عادةً، يستجيب (LDR) في بضع عشرات من المللي ثانية بمجرد إعطاء الضوء بعد الظلام التام، ومع ذلك، بمجرد إزالة الضوء، يمكن أن يستغرق ما يصل إلى ثانية، في ورقة بيانات المقاومة، عادةً ما يتم ذكر مواصفات (LDR) على أنّها المقاومة المظلمة بعد وقت محدد مثل بالثواني، القيم التي يتم اقتباسها بشكل متكرر هي قيمة واحدة لمدة ثانية واحدة وأخرى لمدة (5) ثوانٍ، تعطي هذه القيم مؤشرا على زمن انتقال المقاومة.
