دیودهای نوری عملکرد و کاربرد

دیودهای نوری عملکرد و کاربرد – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه برق – الکترونیک

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

دیودهای نوری عملکرد و کاربرد

دیودهای نوری  عملکرد و کاربرد

در قسمت اول این مقاله‌ها ، ما رفتار و خصیصه‌های دیودهای ساطع کننده نور را مورد بررسی قرار داده و مشاهده نمودیم که چگونه یک مقاومت ساده مدارهای بایاس می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد تا یک دیود ساطع کننده نور را به چنان سطوح جریان ولتاژ مستقیم مناسبی برساند که برای داشتن خروجی نور دلخواه مورد نیاز است.

در این ماه، عملکرد  تخصصی دیگر مدارهای بایاس را نشان داده، و بهترین روشها برای متصل نمودن دیودهای ساطع کننده نور به خانواده‌های لاجیک مختلف را جستجو کرده و نشان می‌دهیم که چگونه مدارهای منطقی را می‌توان هم برای فلشینگ یا روشن و خاموش کردن یک دیود ساطع کننده نور و هم بعنوان روشی موثر برای داشتن محدوده‌های مختلف روشنایی یا درخشندگی بکارگرفت.

دیودهای نوری عملکرد و کاربرد

بایاس جریان ثابت

ما در ماه قبل نشان دادیم که چگونه یک مقاومت سری را می‌توان بعنوان یک وسیله ساده برای تنظیم جریان ولتاژ مستقیم، I_F  از طریق دیود ساطع کننده نور مورد استفاده قرار داد. با وجود آنکه این تکنیک می‌تواند موثر باشد، وابستگی به منبع ولتاژ ثابت یا پایدار وجود خواهد داشت و هر گونه تغییری در ولتاژ می‌تواند باعث بوجود آمدن تغییرات مترادف در I_F گردد که خود می‌تواند باعث  ایجاد گوناگونیهای مختلف در شدت نور شود.

کاربردهایی که از تغییرات گسترده در ولتاژ رنج می‌برند، نظیر منابع تامین دی‌سی‌ غیرمنظم یا پکهای باطری، در صورتی که می‌بایست روشنایی دیود ساطع‌کننده نور ثابت باشد، معمولا نیازمند نوعی از بایاس جریان ثابت هستند. شکل ۱ نشان دهنده یک تکنیک ساده و در عین حال قابل توجه می‌باشد که در آن ترانزیستور TR1، کانال‌ـn  JFET (اف ‌ای ‌تی پیوندی یا ترانزیستور با اثر میدان از نوع پیوندی)، باعث نگهداری جریان ثابت در دیود ساطع‌کننده نور می‌شود.

…

متناوب دوقطبی

در شکل ۲ یک مدار ثابت نسبتا پیچیده‌تر نشان داده شده است که در آن یک ترانزیستور دوقطبی npn، ‏TR1، به منظور تنظیم جریان ولتاژ مستقیم دیود مورد استفاده قرار گرفته است. دیودهای بایاس مستقیم D_B1 و D_B2 ولتاژ ثابت، V_B، در بیس TR1،  را تجهیز نموده بگونه‌ای که ولتاژ، V_E، در طول مقاومت ساطع کننده R_E بوسیله V_E=V_B-V_BE   داده می‌شود که در آن V_BE ولتاژ ساطع‌کننده بیس یا پایه TR1 می‌باشد.

با توجه به آنکه TR1 دارای بهره جریان بالایی می‌باشد، ما ممکن است جریان بیس I_B را فراموش نموده و تصور کنیم که جریان کلکتور I_C مساوی با جریان ساطع‌کننده I_E باشد، که خود بوسیله (V_B-V_BE)/R_E داده شده است.

…

دیودهای نوری عملکرد و کاربرد

نمونه تست

بطور مثال، در یک مدار تست که با R_BIAS=3.6KW,R_E=39W, TR1=BC550B همراه با یک دیود واحد ساطع کننده نور قرمز ساخته شده است، کلکتور جریان ۱۲٫۹mA در V_s=5.0V بوده است که به ۱۷٫۰mA در V_S=15.0V افزایش یافته، که به میزان ۳۲% تغییر در جریان دیود با ۲۰۰% افزایش در ولتاژ برق می‌باشد.

تنظیم جریان بخوبی مدار JFET نشان داده شده در شکل ۱ نمی‌باشد، ولی مدار دوقطبی دارای این مزیت است که به جریان اسمی دیود ساطع کننده نور اجازه می‌دهد تا با انتخاب گزینه مناسب R_E به هر مقدار دلخواه تنظیم شود. از آنجائیکه V_E دارای همان شدت یا دامنه V_BE می‌باشد، هر گونه تغییری در مورد آخری (بطور مثال تغییرات ناشی شده بواسطه تغییر و یا تفاوتهای موجود در قطعات مختلف) می‌تواند تاثیر زیادی بر جریان دیود داشته باشد. این نقص را می‌توان تا حدی با جایگزین نمودن دو دیود (D_B1 و D_B2)، با یک دیود زینر، D_B3 ،  مرتفع نمود،

…

دیودهای نوری عملکرد و کاربرد

بایاس دو ترانزیستوره

با جایگزینی دیودها با یک ترانزیستور اضافه npn ، همانگونه که در شکل ۳ نشان داده شده است، می‌توان در پاسخ به تغییرات منبع ولتاژ برق، تنظیم جریان را بخوبی ارتقا داد.

این مدار بصورت الزامی یک سینک جریان دو ترانزیستوره کلاسیک می‌باشد، که در آن فیدبک اطراف TR1 و TR2 اطمینان می‌دهد که جریان دیود علیرغم تغییر در V_S ثابت باقی می‌ماند. ترانزیستور TR1 و مقاومت R_BIAS  و R_E همانند قبل عمل نموده، ولی با این وجود ولتاژ بیس‌ـ امیترTR2، V_BE2، اکنون ولتاژ رفرانس مورد نیاز برای تنظیم جریان دیود ساطع کننده نور را مهیا می‌سازد.

…

از لاجیک به نور

در برسیهای انجام شده در خصوص مدار درایور دیودهای ساطع کننده نور، ما تکنیکهای آنالوگ محض در زمینه تنظیم سطح جریان و شدت آن را مورد توجه قرار داده‌ایم. با این وجود، بسیاری از کاربردها، نیازمند یک رابط دیجیتال بین مدار منطقی و یک یا چند دیود، برحسب نوع لاجیک، می‌باشند. همچنین می‌توان با استفاده از جریان مقاوم ساده دیود‌های ساطع کننده نور را بطور مستقیم از یک یا چند خروجی تحصیل کرد. در موارد دیگر، یک مدار درایور مناسب را می‌بایست در بین خروجی دیجیتال و دیودهای ساطع‌کننده نور قرار داد.

…

دیودهای نوری عملکرد و کاربرد

سریهای CMOS 4000

بواسطه جریان برق غیر فعال پایین، امپدانس ورودی بالا و محدوده ولتاژ برق نسبتا گسترده، خانواده لاجیک سری CMOS-4000 برای بیش از ربع قرن محبوبیت یافته‌اند. با این وجود، علیرغم آنکه یک خروجی گیت خاص ممکن است توانایی بجریان انداختن ورودیهای گیتهای دیگر را داشته باشد، ممکن است نتواند یک دیود واحد را به جریان اندازد.

…

سریهای ۷۴LS

مانند دیوایسهای لاجیک سری _ ۷۴ اولیه، گیتهای لاجیک سریهای ۷۴LS می‌توانند جریان بیشتری را به خروجی خود سینک نمایند. یک دیوایس معمولی نظیر ۷۴LS02    (۲ ورودی کواد گیت NOR) که با برق ۵V کار می‌کند می‌تواند سینکی بیش از ۸mA داشته باشد ولی میزان سورس آن تنها در حدود ۰/۴mA می‌باشد. بنابراین، هنگامی که دیود ساطع کننده نور به منبع تامین برق مثبت منسوب می‌باشد،  یک خروجی واحد ممکن است جریان کافی را برای روشن کردن دیود داشته باشد، اگر چه ممکن است به دو یا چند دیوایس موازی برای افزایش روشنایی نیاز داشته باشیم.

…

سریهای ۷۴HC/HCT

با وجود آنکه خانواده لاجیک سریهای ۷۴HC/HCT از تکنولوژی CMOS همانند ادوات سری ۴۰۰۰ استفاده می‌کنند، توانایی درایو خروجی آنها بسیار بهتر از ادوات سری ۴۰۰۰ می‌باشد. بجز سری ۷۴LS، درایو خروجی کاملا قرینه بوده بگونه‌ای که دامنه سینک و سورس تقریبا با هم برابر می‌باشد. قطعات ۷۴HC دارای سازگاری با سطح لاجیک CMOS بوده، در حالیکه قطعات ۷۴HCT با سطوح ولتاژ TTL سازگار می‌باشند.

…

سریهای ۷۴AC/ACT

مانند سریهای ۴۰۰۰ و قطعات ۷۴HC/HCT، خانواده ۷۴AC/ACT از تکنولوژی CMOS استفاده می‌کند و همچنین نظیر آنها از مصرف برق پایین  بهره می‌جویند. با این وجود این خانواده از خروجی جریان قابل ملاحظه و تقویت شده‌ای برخوردار است.

…

دیودهای نوری عملکرد و کاربرد

لاجیک رابط دیود ساطع کننده نور

با وجود آنکه دیده‌ایم که دیوایسهای لاجیک می‌توانند بطور مستقیم دیودها را (از طریق مقاومتهای مناسب) به جریان اندازند، ممکن است با کاربردهایی مواجه باشیم که در آن شرایط اجازه استفاده از دیدگاه «جریان مستقیم» ساده وجود نداشته باشد. بطور مثال با وجود آنکه یک گیت سری-۴۰۰۰ با خروجی ضعیف می‌تواند با استفاده از چندین بافر ۴۰۵۰B تقویت شود، بواسطه هزینه بالا و یا محدودیت فضای برد نمی‌توان آن را عملی نمود.

…

نگارش جایگزین

شکل ۶ نشان دهنده گوناگونی این طرح بگونه‌ای می‌باشد که در آن یک ترانزیستور دوقطبی npn (شکل ۶الف) یا یک MOSFET n– کانال بعنوان سوئیچ قطع و وصل بکار گرفته شده‌اند. در هر دو مدار، دیود به هنگامی که خروجی لاجیک، V_O، بالا می‌رود نور خواهد داد.

…

دیودهای ساطع کننده نور با جریان کم

چندین تولید کننده اکنون محدوده‌ای از دیودهای ساطع کننده نور با جریان کم را عرضه می‌نمایند که شدت نور مناسبی در سطوح جریان ولتاژ مستقیم داشته و جزء آندسته از دیودهایی بشمار می‌آیند که بعنوان دیودهای ساطع کننده نور استاندارد مورد نیاز می‌باشند. بطور مثال، HLMP-D155 که بوسیله شرکت اجیلت (برای هیولت پاکارد) ساخته شده است را در نظر بگیرید. این نوع دیود قرمز خاص دارای شدت نور ۱۰mcd در هنگام عمل تحت جریان ۱mA می‌باشد. این نوع دیود را با دیود استانداردی نظیر HLMP3301 مقایسه کنید که تنها دارای شدت نوردهی ۷mcd تحت جریان ۱۰mA می‌باشد.

…

دیودهای نوری عملکرد و کاربرد

چشمک زن

یک دیود چشمک زن سیگنال قابل دید با تاثیر بالا می‌باشد و می‌تواند برای اخطار دادن در شرایط بروز خطا یا وسیله‌ای برای جلب توجه نظیر برج دیده‌بانی بکار گرفته شود.

…

فلاشر گیت

مدار شکل ۸ نشان دهنده فلاشر گیت می‌باشد که در آن فلاشر می‌تواند بوسیله سیگنال فعال سازی سطح لاجیک خاموش و روشن گردد. این مدار مشابه با مدار شکل ۷ می‌باشد، ولی معکوس کننده اشمیت با یک گیت NAND اشمیت واحد جایگزین شده است.

…

چشم‌نواز

با وجود آنکه مدار شکل ۹ پیچیده‌تر از مدار ساده فلاشرهای شکل ۷ و ۸ می‌باشد، جلوه‌های ویژه بصری بسیار چشم‌نوازتر از دیودی است که تنها بطور مکرر چشمک می‌زند.

…

از فلشرها تا دیمرها (نور‌کاهها)

با قدری برگشت به شکل ۷ و کاهش مقدار C1 به ۱۰۰nF می‌توان جلوه جالب توجهی را خلق نمود. ناپایا نوسانی حول و حوش ۱۵۰Hz داشته و با وجود آنکه دیود بصورت حقیقی با چنین نرخی عمل فلشینگ را انجام می‌دهد بنظر بصورت متوالی روشن می‌باشد. ولی در صورتی که درخشندگی آن کاهش یابد چه روی می‌دهد؟

…

درخشندگی کنترل دیجیتالی

با جایگزینی پتانسیل سنج دستی VR1 با یک دیجی‌پات (پنانسیل سنج کنترل دیجیتالی)، مدار شکل ۱۰ را می‌توان برای مهیا ساختن کنترل کامل دیجیتالی درخشندگی دیود بکار گرفت. در مدار شکل ۱۱، دیجی‌پات، IC2 ، جایگزین VR1 شکل ۱۰ شده است. کار با دیجی‌پات همانند روش دستی می‌ماند، بجز آنکه موقعیت وایپر و مسیر آن بوسیله سیگنالهای دیجیتال براساس ورودیهای CLK (ساعت) و U/D  (بالا / پایین) کنترل می‌شود.

…

ماه بعد

در بخش بعدی از این سری، ما نگاهی به دیگر تکنیکهای فلشینگ دیود ساطع کننده نور خواهیم انداخت و مدارهای بوستر با قابلیت به جریان انداختن دیودها با استفاده از ولتاژ بسیار کم را مورد بررسی قرار خواهیم داد. همچنین ما به خصیصه‌های جالب توجه دیودهای دو رنگ و سه رنگ نیز نگاه خواهیم کرد.

اکنون، ما این نتیجه را از مبحث ماه جاری گرفته‌ایم که: یک دیود ساطع کننده نور قرمز می‌تواند جریان ولتاژ مستقیم ۱/۶V یا بیشتر را داشته باشد و مشاهده نمودیم که چگونه می‌توان یک چنین دیودی را با ولتاژ تنها ۱/۰V وادار به فلاش زدن نمود؟

اکنون می‌توانید به خواندن مطالب خود ادامه داده و شاید هم اقدام به ساخت کنترلر ولت (ولت چکر) ضمیمه نمائید.

دیودهای نوری عملکرد و کاربرد