مقاله در مورد پتانسیومتر

بخشی از مقاله

پتانسيومتر

نگاه اجمالي
پتانسيل سنج ،) وسيله‌اي الکتريکي است که از قطعه سيمي مقاوم (يا از ماده مقاوم الکتريکي) با مقاومت R تشکيل شده است و روي آن يک سر اتصال لغزنده قرار دارد. که با سيم اتصال الکتريکي برقرار مي‌کند و معمولا در آزمايشگاه براي تنظيم و کنترل جريان از يک مقاومت متغير استفاده مي‌شود. پتانسيل منبع در سه محل اتصال الکتريکي دارد. عبارت است از نقطه A و B در دو سر

سيم مقاوم و سر اتصال لغزنده T، پيچ تنظيم صداي راديو يا وسايل صوتي ديگر ، پتانسيل سنجي ساده و ارزان قيمت است. اما پتانسيل سنج دقيق وسيله‌اي گرانقيمت است که براي اندازه‌گيري ولتاژ با دقت بسيار زياد بکار برده مي‌شود.
اساس کار پتانسيومتر
اگر اتصال بين نقطه A و T برقرار شود، اين وسيله به يک مقاومت قابل تنظيم يا رئوستا تبديل

مي‌شود. مقاومت بين نقطه‌هاي A و T و شکل R1 نشان داده مي شود. با حرکت سر اتصال لغزنده T در طول سيم مقاوم ، از سر اتصال A تا سر اتصال B ، مقاومت R1 از صفر تا مقدار R تغيير مي‌کند. نام پتانسيل سنج از آنجا گرفته شده است که اين وسيله مي‌تواند مقادير مختلف اختلاف پتانسيل الکتريکي که يا ولتاژ ، ميان سر اتصال T و يکي از دو سر سيم پتانسيل سنج (مثلا نقطه A) را بسنجد.

فرض کنيد باتري با نيروي محرکه الکتريکي V به دو سر A و B ، وصل شده است. مقاومت بين A و T را R1 و مقاومت بين B و T را R2 مي‌گيريم. به اين ترتيب ، اين دو مقاومت يک تقسيم کننده ولتاژ محسوب مي‌شود. ولتاژ ميان دو سر اتصال A و T را VTA کسري از ولتاژ ميان A و B که VBA است. در اين صورت مقاومت R1 + R2 ثابت و برابر با مقاومت پتانسيل سنج ، R است. هنگامي که لغزنده در طول سيم مقاوم حرکت مي‌کند، مقاومت R1 از صفر تا R و ولتاژ VTA بيان نقطه‌هاي A و T از صفر تا VRA تغيير مي‌کند. اين کار ، روش ساده‌اي براي توليد ولتاژ متغير با استفاده از ولتاژ ثابت است.

مثال کاربردي
در مورد پيچ تنظيم صداي راديو ، ولتاژ VBA داده شده به پتانسيل سنج ، ولتاژي با بسامد صوتي متناظر با موج صوتي است. مقدار متغير ولتاژ دو سر اتصال پتانسيل سنج (VTA) به بلندگو داده مي‌شود. (از طريق تقويت کننده راديو) و با حرکت لغزنده شدت صوتي که از راديو مي‌شنويم، تغيير مي‌کند.
پتانسيومتر دقيق
در پتانسيل سنجهاي دقيق ، نسبت مقاومتهاي R1 و R1 با دقت زياد قابل تنظيم است. در اين نوع وسايل ، يک باتري با ولتاژ V از طريق رئوستاي r به پتانسيل سنج وصل مي‌شود. و رئوستا تا جايي ميزان مي‌شود که ولتاژ VBA مقدار معين و دقيقي (مثلا 1.6000 ولت) داشته باشد. هنگا

مي که ولتاژ نامعلوم Vx را از طريق گالوانومتر به سر اتصال T اعمال مي‌کنيم. نسبت R1/R را آنقدر تغيير مي‌دهيم تا گالوانومتر عبور هيچ جرياني را نشان ندهد. در اين شرايط ، ولتاژ Vx برابر است با (VBA(R1/R.

روش درجه بندي ولتاژ
براي درجه بندي ولتاژ VBA ، پيل استانداردي را با ولتاژ دقيقا معلوم به جاي Vx قرار مي‌دهيم، نسبت R1/R متناظر با اين ولتاژ را تنظيم ، رئوستاي r را براي جريان صفر گالوانومتر ميزان مي‌کنيم. با استفاده از پتانسيل سنج بسيار دقيق مي‌توان ولتاژها را تا پنج رقم با معني و تا حد ميلي ولت هم اندازه ‌گيري کرد. اما ، فرآيند اندازه گيري با پتانسيل سنج کند و دستگاه اندازه ‌گيري هم پر حجم است. در حال حاضر ، بيشتر اندازه گيريهاي دقيق ولتاژ با استفاده از ولت سنجهاي رقمي و دقيق انجام مي‌گيرند. پتانسيل سنج را براي درجه بندي ولت سنج رقمي مي‌توان بکار برد.
دياک :
دياك عنصري دوپايه است و مشابه ترانزيستوري است كه بيس ندارد. از هر دو طرف (باياس مستقيم و معكوس ) جريان را عبور مي دهد و روشن شدن آن بستگي به ولتاژ آستانه تعريف شده ( يا شكست ) دارد.
دياک درتوليد پالس بكار برده مي شود.در واقع دياک و تريستور و تراياک هم خانواده اند و همگي در حالت کلي مانند ديود خاصيت هدايت کنندگي دارند اما با اين تفاوت که تريستور و تراياک عناصر سه پايه اي هستند که تکامل يافته اند و علاوه بر اينکه از هر دو طرف جريان را عبور ميدهند داراي پايه گيت براي کنترل زمان عبور جريان نيز ميباشند.

تراياک :
تراياک نمونه پيشرفته تر تريستور است ٬ که هدايت دو طرفه ولتاژ از مشخصه هاي آن به شمار مي آيد. اين قطعه نيز 3 پايه دارد که ((ترمينال شماره ي يک ولتاژ اصلي يا

MT1)) و (( ترمينال شماره دو ولتاژ اصلي يا MT2 )) و ((گيت)) ناميده ميشوند.
ولتاژ اعمال شده به MT2 نسبت به ولتاژ MT1 چه مثبت باشد و چه منفي ميتوان پالسهاي تحريک مثبت و منفي را به گيت اعمال کرد(نسبت به MT1).بنابر اين تراياک براي کنترل تمام موج سيگنال AC مناسب بوده و آن را مانند تريستور ميتوان مورد استفاده قرار داد.
روشن و خاموش شدن تريستور و تراياک با سرعت بسيار زيادي صورت ميپذيرد در نتيجه پالسهاي گذراي بسيار کوتاهي ايجاد ميشود ٬ که ممکن است مسافت بسيار زيادي را در طول سيم طي کنند.براي جلوگيري از ايجاد چنين نويزهايي ٬ معمولا استفاده از نوعي فيلتر LC ضروري خواهد بود.

ترميستورها :
يکي از مشخصه هاي مورد نظر در مورد مقاومتهاي معمولي اين است که در محدوده وسيعي از تغييرات دماي محيطي ٬ مقاومت آنها تغير نکند. اما تر ميستورها(يعني مقاومتهاي حرارتي) آگاهانه بصورتي ساخته شده اند کهمشخصه هايشان با تغيير دماي محيط تغيير کند.به اين ترتيب آنها را ميتوان به عنوان سنسور ٬ و يا قطعات جبران کننده تغييرات حرارتي مورد استفاده قرار داد.
دو نوع ترميستور اصلي وجود دارد : با ضريب حرارتي منفي (N.T.C) و ضريب حرارتي مثبت ( P.T.C) . در دماي 25 درجه سانتيگراد ٬ مقاومت نمونه هاي معمول N.T.C در حدود چند صد اهم (يا چند کيلو اهم) ميباشد که با افزايش دما تا 100 درجه سانتيگراد ٬ مقاوت آن تا حد دهها اهم کاهش مي يابد .اما مقاومت P.T.C در محدوده صفر تا 75 درجه سانتيگراد تقريبا ثابت است(معمولا در حدود 100 اهم).در درجه حرارت بالاتر از اين حد(معمولا 120 _ 80 درجه سانتيگراد)مقاومت آن به سرعت بالا ميرود(حد اکثر تا 10 کيلو اهم).
تريستورها :
تريستورها(که به آنها يکسوسازهايي با کنترل سيليکوني نيز ميگويند) 3 پايه داشته ٬ و ميتوان آنها را براي قطع و وصل و يا کنترل توان سيگنالهاي AC نيز مورد استفاده قرار داد.ترميستور نيز مانند ديود ((آند)) و ((کاتد)) دارد. اما علاوه بر آنها پايه سومي به نام ((گيت)) نيز وجود دارد ٬ که با اعمال پالس جرياني کوتاه مدت از آن طريق ٬ ميتوان تريستور را تحريک کرد.
بسته به شرايط موجود اين قطعه با سرعت زيادي از حالت هدايت به حالت قطع ميرود.در حالت ((قطع)) فقط جريان نشتي بسيار اندکي از تريستور عبور ميکند که ميتوان آن را ناديده گرفت(مقاومت بسيار بزرگي از خود نشان ميدهد) ٬ اما مقاومت آن در حالت (( روشن)) بسيار اندک است.وقتي تريستور روشن شود در همان حالت باقي ميماند ( يعني در واقع در همان حالت قفل ميشود) و تا زماني که جريان مستقيم آن قطع نشده باشد ٬ در اين حالت برقرار خواهد ماند.
در مدارهاي DC تا زماني که ولتاژ تغذيه قطع نشود ٬ تريستور همچنان ر

وشن خواهد ماند اما در مدارهاي AC با هر بار معکوس شدن قطبيت سيگنال AC ترميستور به صورت خودکار خاموش خواهد شد.
اهم متر

ديد کلي
اصولا مولتي مترها ابزاري در صنعت الکترونيک هستند که براي اندازه گيري جريان و ولتاژ مقاومت بکار مي‌روند. اين ابزارها بر دو نوع آنالوگ و ديجيتال تقسيم بندي شده اند. در نوع آنالوگ عقربه‌اي است که بر روي يک صفحه مدرج حرکت مي‌کند. در نوع ديجيتال ابتدا پارامتر الکتريکي مورد نظر به سيگنال پالسي تبديل مي‌گردد، پالسهاي مزبور در دستگاه اندازه گيري بوسيله آي سي هاي شمارنده شمرده شده و توسط نشان دهنده‌هاي ديجيتال به صورت رق

مي نشان داده مي‌شود.
اساس اندازه گيري مقاومت
اساس اندازه گيري مقاومت بر قانون ساده اهم است، به اين ترتيب که هر گاه r مقاومت داخلي ولت متر و ولتاژ منبع جريان ، R مقاومت مجهول مفروض باشد بر طبق قانون اهم رابطه زير بين آنها برقرار مي‌شود:

R = (e - E)/E/r
e و E به ترتيب مقدار ولتي است که صفحه مدرج ولت متر قبل از قرار دادن R در مدار نشان مي‌دهد که اين دو مقدار بايد با استفاده از يک حساسيت اندازه گيري شود.
انحراف عقربه
هر چقدر مقاومت مجهول R کوچکتر باشد انحراف عقربه بيشتر است و بالعکس در اين صورت يعني براي اندازه گيري دقيق مقاومتها حساسيت دستگاه برعکس مقدار مقاومت مورد اندازه تنظيم مي‌شود. يعني براي اندازه گيري مقاومتهاي بزرگتر ولتاژ زيادي ضروري است. براي اندازه گيري مقاومتهاي مجهول به محاسبه فوق احتياجي نيست، زيرا وقتي ولت متر به صورت اهم متر بکار مي‌رود درجات صفحه مدرج بر طبق رابطه بالا با مقيا

س اهم تقسيم بندي شده است.
اندازه گيري مقاومتهاي کمتر از صد اهم
براي اندازه گيري چنين مقاومتهايي مقاومت مجهول R بطور موازي به ميلي آمپر متر وصل شده و بطور سري به R1 وصل مي شود در اين صورت مقاومت مجهول R از رابطه زير بدست مي‌آيد:
R = IR1/I-i که I و i جرياني است که به ترتيب ميلي آمپر mA قبل و بعد از قرار دادن R نشان مي‌دهد.
کاربردهاي اهم متر ثل ديود و ترانزيستور استفاده کرد. همانطور که مي‌دانيد ديود در حالت باياس (گرايش) مستقيم داراي مقاومت کم و در حالت باياس معکوس داراي مقاومت بسيار زيادي است، بنابراين ديود تحت آزمايش بايد در يک جهت جريان را عبور داده و در جهت ديگر مانع از عبور آن گردد، به عبارت ديگر مقاومت اهمي ديود در يک جهت کم و در جهت ديگر زياد مي‌باشد، البته اين روش براي آزمايش و تست ديودهاي پيوندي معمولي است و نمي‌توان از آن براي ديودهاي ديگر مانند زنر استفاده کرد.

يک ترانزيستور از لحاظ عملکرد درست مانند دو ديود که کاتد يا آندهايشان به هم متصل شده است مي‌باشد، بنابراين پايه‌هاي بيس ، اميتر بايد در يک جهت داراي مقاومت زياد و در جهت ديگر داراي مقاومت کم باشد. همچنين مقاومت بين پايه‌هاي اميتر ، کلکتور در هر دو جهت بايد زياد باشد در غير اين صورت ترانزيستور خراب است.
• يکي ديگر از کاربردهاي اهم متر در آزمايش خازنها (مخصوصا خازنهاي الکتروليتي) است. با استفاده از يک اهم متر مي‌توان پي به سالم بودن يا خراب بودن خازنها برد. فرض کنيد مي‌خواهيم خازن 0.25 ميکروفاراد را آزمايش‌کنيم دو سر خازن را به سيمهاي پروب اهم متر وصل مي‌کنيم و آن را در وضعيت Rx10000 قرار مي‌دهيم .اگر خازن مزبور داراي نشت باشد عقربه اهم متر مقدار ثابت مقاومت را نشان خواهد داد، اما در مورد خازن سالم عقربه پس از انحراف کمي که به سمت راست پيدا مي‌کند به سر جاي خود بر مي‌گردد.

اگر در اين حالت عقربه به هيچ وجه به سمت راست حرکت نکرد و مقاومت بي‌نهايت را نشان داد پايه‌هاي خازن از داخل قطع است و بايد دور انداخته شود. هنگامي که خازن 0.25 ميکروفارادي سالم است به هنگام تعويض سيمهاي پروب عقربه به اندازه يک چهارم پانل به سمت راست منحرف شدند و سپس با سرعت بجاي خود بر مي‌گردد.
سلکتور يا کليد انتخابگر
معمولا در مولتي مترها دو کليد در سلکتور ديده مي‌شود که يکي بزرگتر است و در وسط قرار گرفته است. کليد وسط Range Salitch نام دارد که رديفهاي قابل اندازه گيري را تعيين مي‌کند و کليد کوچک کناري Function Switch نام دارد که براي انتخاب پارامتر مورد سنجش بکار مي‌رود. به هنگام اندازه گيري مقاومت پس از قرار دادن کليدها در وضعيت مناسب دو سر پروب را به هم متصل مي‌کنيم و با چرخاندن دگمه ZERO OHMS عقربه مولتي متر را بر روي صفر اهم ثابت مي‌کنيم.

صفحه مدرج
مقداري که بر روي صفحه مدرج مي‌خواهيم بايد متناسب با رنج يا رديفي باشد که توسط سلکتور بزرگ انتخاب کرده‌ايم، اين موضوع در صحيح خواندن پارامترهاي مورد اندازه گيري بسيار مهم است و بايد مورد نظر قرار داد. درجه بندي مربوط به مقاومت که با اهم (OHMS) نشان داده شده است، بسيار غير خطي است. علت اين امر اين است که خود اندازه گير داراي مقاومت داخلي مي‌باشد که بر روي مقاومت مورد اندازه گيري اثر مي‌گذارد مولتي مترهايي که در حالت اهم داراي وضعيتهاي متفاوتي مي‌باشند. کليد سلکتور را بايد در وضعيتي قرار داد که به هنگام اندازه گيري مقاومت يک قطعه يا بخش از يک مدار ، عقربه تا وسط حرکت کند، در ا

ين حالت مقدار خوانده شده بر روي صفحه مدرج خطاي کمتري را دارا خواهد بود.

ديود
مقدمه
ديودها جريان الکتريکي را در يک جهت از خود عبور مي‌‌دهند و در جهت ديگر در مقابل عبور جريان از خود مقاومت بالايي نشان مي‌‌دهند. اين خاصيت آنها باعث شده بود

تا در سالهاي اوليه ساخت اين وسيله الکترونيکي ، به آن دريچه يا Valve هم اطلاق شود. از لحاظ الکتريکي يک ديود هنگامي عبور جريان را از خود ممکن مي‌‌سازد که شما با برقرار کردن ولتاژ در جهت درست (+ به آند و - به کاتد) آنرا آماده کار کنيد. مقدار ولتاژي که باعث مي‌شود تا ديود شروع به هدايت جريان الکتريکي نمايد ولتاژ آستانه يا (forward voltage drop) ناميده مي‌شود که چيزي حدود 0.6 تا 0.6 ولت مي‌‌باشد.

ولتاژ معکوس
هنگامي که شما ولتاژ معکوس به ديود متصل مي‌‌کنيد (+ به کاتد و - به آند) جرياني از ديود عبور نمي‌کند، مگر جريان بسيار کمي که به جريان نشتي يا Leakage معرف است که در حدود چند µA يا حتي کمتر مي‌‌باشد. اين مقدار جريان معمولآ در اغلب مدارهاي الکترونيکي قابل صرفنظر کردن بوده و تأثير در رفتار ساير المانهاي مدار نمي‌گذارد. اما نکته مهم آنکه تمام ديودها يک آستانه براي حداکثر ولتاژ معکوس دارند که اگر ولتاژ معکوس بيش از آن شود ديود مي‌‌سوزد و جريان را در جهت معکوس هم عبور مي‌‌دهد. به اين ولتاژ آستانه شکست يا Breakdown گفته مي‌شود.

دسته بندي ديودها

در دسته بندي اصلي ، ديودها را به سه قسمت اصلي تقسيم مي‌‌کنند، ديودهاي سيگنال (Signal) که براي آشکار سازي در راديو بکار مي‌‌روند و جرياني در حد ميلي آمپر از خود عبور مي‌‌دهند، ديودهاي يکسو کننده (Rectifiers) که براي يکسو سازي جريانهاي متناوب بکار برده مي‌‌شوند و توانايي عبور جريانهاي زياد را دارند و بالاخره ديودهاي زنر (Zener) که براي تثبيت ولتاژ از آنها استفاده مي‌شود.

اختراع ديود پلاستيکي (plastic diode) اختراع کنند. اين قطعه الکترونيکي منجر به ساخت نسل آينده حافظه‌هاي پلاستيکي کامپيوتري و چيپهاي مدارات منطقي خواهد شد. اين قطعات کم مصرف و انعطاف پذير خواهند بود. ايده اصلي از سال 2003 که يک دانشجوي کارشناسي دانشگاه اوهايو ، سيتا اسار ، شروع به طراحي سلول خورشيدي پلاستيکي نمود بوجود آمد. تيم پژوهشي توسط پاول برگر (Paul Berger) ، پروفسور الکترونيک و مهندسي کامپيوتر و همچنين پروفسور فيزيک دانشگاه اوهايو رهبري مي‌شود.
ديود پيوندي
ديد کلي
ديود يک قطعه ‌الکترونيکي است که ‌از به هم چسباندن دو نوع ماده n و p (هر دو از يک جنس ، سيليسيم يا ژرمانيم) ساخته مي‌شود. چون ديود يک قطعه دو پايانه ‌است، اعمال ولتاژ در دو سر پايانه‌هايش سه حالت را پيش مي‌آورد.
ديود بي باياس يا بدون تغذيه که ولتاژ دو سر ديود برابر صفر است و جريان خالص بار در هر جهت برابر صفر است.
• باياس مستقيم يا تغذيه مستقيم که ولتاژ دو سر ديود بزرگتر از صفر است که ‌ال

کترونها را در ماده n و حفره‌ها را در ماده p تحت فشار قرار مي‌دهد تا يونهاي مرزي با يکديگر ترکيب شده و عرض ناحيه تهي کاهش يابد. (گرايش مستقيم ديود)
• تغذيه يا باياس معکوس که ولتاژ دو سر ديود کوچکتر از صفر است، يعني ولتاژ به دو سر ديود طوري وصل مي‌شود که قطب مثبت آن به ماده n و قطب منفي آن به ماده p وصل گردد و به علت کشيده شدن يونها به کناره عرض ناحيه تهي افزايش مي‌يابد (گرايش معکوس ديود).
ديودهاي نور گسل

در ديودي که باياس مستقيم دارد، الکترونهاي نوار رسانش از پيوندگاه عبور کرده و به داخل حفره‌ها مي‌افتند. اين الکترونها به هنگام صعود به نوار رسانش انرژي دريافت کرده بودند که به هنگام برگشت به نوار ظرفيت انرژي دريافتي را مجددا تابش مي‌کنند. در ديودهاي يکسوساز اين انرژي به صورت گرما پس داده مي‌شود، ولي ديودهاي نور گسل LED اين انرژي را به صورت فوتون تابش مي‌کنند.

فوتوديودها
انرژي گرمايي باعث توليد حامل‌هاي اقليتي‌ در ديود مي‌گردد. با افزايش دما جريان ديود در بايس معکوس افزايش مي‌يابد. انرژي نوري هم همانند انرژي گرمايي باعث بوجود آمدن حاملهاي اقليتي ‌مي‌گردد. کارخانه‌هاي سازنده با تعبيه روزنه‌اي کوچک براي تابش نور به پيوندگاه ديودهايي را مي‌سازند که فوتوديود ناميده مي‌شوند. وقتي نور خارجي به پيوندگاه يک فوتوديود که بايس مستقيم دارد فرود آيد، زوجهاي الکترون _ حفره در داخل لايه تهي بوجود مي‌آيند. هرچه نور شديدتر باشد، مقدار حاملهاي اقليتي ‌نوري افزايش يافته، در نتيجه جريان معکوس بزرگتر مي‌شود. به ‌اين دليل فوتوديودها را آشکارسازهاي نوري گويند.
وراکتور
نواحي p و n در دو طرف لايه تهي را مي‌توان مانند يک خازن تخت موازي در نظر گرفت، ظرفيت اين خازن تخت موازي را ظرفيت خازن انتقال يا ظرفيت پيوندگاه گويند. ظرفيت خازن انتقال CT هر ديود با افزايش ولتاژ معکوس کاهش مي‌يابد. ديودهاي سيلسيم که براي اين اثر ظرفيتي طراحي و بهينه شده‌اند، ديود با ظرفيت متغيير يا وارکتور نام دارند. وراکتور موازي با يک القاگر تشکيل يک مدار تشديد را مي‌دهد که با تغيير ولتاژ معکوس وراکتور مي‌توانيم فرکانس تشديد را تغيير بدهيم.
ديودهاي شاتکي
ديود شاتکي يک وسيله تک‌قطبي است که در آن به جاي استفاده ‌از دو نوع نيمه ‌هادي p و n متصل به هم ، معمولا از يک نوع نيم ‌هادي سيليسيم نوع n با يک اتصال فلزي مانند طلا – نقره يا پلاتين استفاده مي‌شود. در هر دو ماده ‌الکترون حامل اکثريت را تشکيل مي‌دهد. وقتي که دو ماده به هم متصل مي‌شوند، الکترونها در ماده سيليسيم نوع n فورا به داخل فلز نفوذ مي‌کنند و يک جريان سنگيني از بارهاي اکثريت بوجود مي‌آيد. ديود شاتکي لايه تهي ذخيره بار ندارد. کاربرد اين ديود در فرکانس‌هاي خيلي بالاست.

ديودهاي زنر
اين ديود سيليسيم براي کار در ناحيه شکست طراحي و بهينه شده است

، گاهي آن را ديود شکست هم مي‌گويند. با تغيير ميزان آلايش ، کارخانه‌هاي سازنده مي‌توانند ديودهاي زنري بسازند که ولتاژ شکست آنها از دو تا دويست ولت تغيير کند. با اعمال ولتاژ معکوس که ‌از ولتاژ شکست زنر بگذرد، وسيله‌اي خواهيم داشت که مانند يک منبع ولتاژ ثابت عمل مي‌کند.

وقتي غلظت آلايش در ديود خيلي زياد باشد، لايه تهي بسيار باريک مي‌شود. ميدان الکتريکي در لايه تهي بسيار شديد است. ميدان چنان شديد است که ‌الکترونها را از مدارهاي ظرفيت خارج مي‌کند. ايجاد الکترونهاي آزاد به ‌اين روش را شکست زنر مي‌ناميم.
کاربردها
قطعات پيوندي p - n در صنعت الکترونيک از اهميت ويژه‌اي برخوردارند. به عنوان مثال ديودهاي نور افشان LED در نمايشگرهاي ديجيتالي و گسيلنده‌هاي نور قرمز GaAs و InP بويژه براي سيستمهاي مخابرات نوري مناسب هستند. آرايش ليزر نيم رسانا ، آشکارساز نوري را مي‌توان در سيستم ديسک فشرده براي خواندن اطلاعات ديجيتال از ديسک چرخان مورد استفاده قرار داد.

کاربرد بسيار مهم پيوندها به عنوان باتري‌هاي خورشيدي است که ‌انرژي نوري جذب شده را به انرژي ‌الکتريکي مفيد تبديل مي‌کنند. ديودهاي با ظرفيت متغير در توليد رموني‌ها ، مخرب فرکانس‌هاي مايکروويو و فيلترهاي فعال است. ديودهاي زنر به عنوان مرجع در مدارهايي که نيازمند مقدار معيني از ولتاژ هستند، استفاده مي‌شوند .

ديود نوري

ديد کلي
قطعات دو پايانه طراحي شده براي پاسخ به جذب فوتون ، ديودهاي نوري ناميده مي‌شوند. برخي از ديودهاي نوري سرعت پاسخ و حساسيت بسيار بالايي دارند. از آنجايي که ‌الکترونيک نوين علاوه بر سيگنالهاي الکتريکي اغلب داراي سيگنالهاي نوري نيز مي‌باشد، ديودهاي نوري نقش مهمي ‌را به عنوان قطعات الکترونيک ايفا مي‌کنند. غالبا از قطعات پيوندي براي بهبودي سرعت پاسخ و حساسيت آشکارسازهاي نوري يا تابشهاي پر انرژي استفاده مي‌شود.

ولتاژ و جريان در يک پيوند نور تابيده
رانش حاملين بار اقليت در دو سر يک پيوند توليد جريان مي‌کنن

د، بويژه حاملين بار توليد شده در ناحيه تهي w توسط ميدان پيوند جدا شده ‌الکترونها در ناحيه n و حفره‌ها در ناحيه p جمع مي‌شوند. همچنين حاملين بار اقليت که به صورت گرمايي در فاصله يک طول نفوذ از طرفين پيوند توليد مي‌شوند، به ناحيه تهي نفوذ کرده و توسط ميدان الکتريکي به طرف ديگر جاروب مي‌شوند. اگر پيوند بطور يکنواخت توسط فوتون‌هاي با انرژي hv>Eg تحت تابش قرار گيرد، يک نرخ توليد اضافي در اين جريان مشارکت مي‌کند و ولتاژ مستقيم در هر دو سر يک پيوند نور تابيده به نام پديده فوتوولتائيک ايجاد مي‌شود.
باتريهاي خورشيدي
امروزه براي تأمين توان الکتريکي مورد نياز بسياري از ماهواره‌هاي فضايي از آرايه‌هاي باتري خورشيدي از نوع پيوندي p-n استفاده مي‌شود. باتريهاي خورشيدي مي‌توانند توان مورد نياز تجهيزات داخل يک ماهواره را در مدت زمان طولاني فراهم سازند. آرايه‌هاي پيوندي را مي‌توان در سطح ماهواره توزيع و يا اينکه در باله‌هاي باتري خورشيدي متصل به بدنه ‌اصلي ماهواره جا داد. براي بهره گيري از بيشترين مقدار انرژي نوري موجود ، لازم است که باتري خورشيدي داراي پيوندي با سطح مقطع بزرگ و در نزديکي سطح قطعه باشد. پيوند سطحي توسط نفوذ يا کاشت يون تشکيل شده و براي جلوگيري از انعکاس و نيز کاهش بازترکيب ، سطح آن با مواد مناسب پوشيده مي‌شود.

آشکارسازهاي نوري

يک چنين قطعه‌اي براي اندازه گيري سطوح روشنايي يا تبديل سيگنالهاي نوري متغير با زمان به سيگنالهاي الکتريکي وسيله‌اي مناسب است. در بيشتر آشکارسازهاي نوري سرعت پاسخ آشکارساز بسيار مهم است. مرحله نفوذ حاملين بار امري زمان‌بر است و بايد در صورت امکان حذف شود. پس مطلوب است که پهناي ناحيه تهي به ‌اندازه کافي بزرگ باشد تا اکثر فوتون‌ها به‌جاي نواحي خنثي n و p در درون ناحيه تهي جذب شوند. وقتي که يک EHP در ناحيه تهي بوجود آيد، ميدان الکتريکي ، الکترون را به طرف n و حفره را به طرف p مي‌کش

د. چون اين رانش حاملين بار در زمان کوتاهي رخ مي‌دهد، پاسخ ديود نوري مي‌تواند بسيار سريع باشد. هنگامي ‌که حاملين بار عمدتا در ناحيه تهي w ايجاد شوند، به آشکارساز يک ديود نوري لايه تهي گفته مي‌شود. اگر w پهن باشد، اکثر فوتونهاي تابشي در ناحيه تهي جذب خواهند شد. w پهن منجر به کاهش ظرفيت پيوند شده و در نتيجه ثابت زماني مدار آشکارساز را کاهش مي‌دهد.

نحوه کنترل پهناي ناحيه تهي
روش مناسب براي کنترل پهناي ناحيه تهي ساختن يک آشکارساز نوري p-i-n است. ناحيه i مادامي که مقاومت ويژه زياد است، لزومي ‌ندارد که حقيقتا ذاتي باشد. مي‌توان آن را به روش رونشستي روي بستر نوع n رشد داد و ناحيه p را توسط نفوذ ايجاد کرد. هنگامي‌ که ‌اين قطعه در گرايش معکوس قرار مي‌گيرد، ولتاژ وارده تقريبا بطور کامل در دو سر ناحيه i ظاهر مي‌شود. براي آشکارسازي سيگنالهاي نوري ضعيف اغلب مناسب است که ديود نوري در ناحيه شکست بهمني مشخصه‌اش عمل کند.
نويز و پهناي باند آشکارسازهاي نوري
در سيستمهاي مخابرات نوري حساسيت آشکارسازهاي نوري و زمان پاسخ آنها بسيار مهم است. متاسفانه ‌اين دو ويژگي عموما با هم بهينه نمي‌شوند. مثلا در يک آشکارساز نوري بهره به نسبت طول عمر حاملين بار به زمان گذار وابسته ‌است. از سوي ديگر پاسخ فرکانسي نسبت عکس با طول عمر حاملين بار دارد. معمولا حاصلضرب بهره در پهناي باند را به عنوان ضريب شايستگي براي آشکارسازها ملاک قرار مي‌دهند. طراحي براي افزايش بهره سبب کاهش پهناي باند مي‌شود و برعکس ويژگي مهم ديگر آشکارسازها نسبت سيگنال به نويز است که مقدار اطلاعات مفيد در مقايسه با نويز در زمينه آشکارساز را نشان مي‌دهد. منبع اصلي نويز در نور رساناها نوسانات اتفاقي در جريان تاريک است. جريان نويز در تاريکي متناسب ، دما و رسانايي ماده ‌افزايش مي‌يابد. افزايش مقاومت تاريک همچنين بهره نور رسانا را افزايش داده و بالطبع باعث کاهش پهناي باند مي‌شود.

کاربرد ديود نوري
کاربرد باتريهاي خورشيدي محدود به فضاي دور نيست. حتي با تضعيف شدت تابش خورشيد توسط جو مي‌توان توسط اين باتريها توان مفيدي را براي کاربردهاي زميني بدست آورد. يک باتري خوش ساخت از سيليسيوم مي‌تواند داراي بازده خوب در تبديل انرژي الکتريکي باشد.
خازن

مقدمه
خازن المان الکتريکي است که مي‌تواند انرژي الکتريکي را توسط ميدان الکترواستاتيکي (بار الکتريکي) در خود ذخيره کند. انواع خازن در مدارهاي الکتريکي بکار مي‌روند. خازن را با حرف C که ابتداي کلمه capacitor است نمايش مي‌دهند. ساختمان داخلي خازن از دو قسمت اصلي تشکيل مي‌شود:

الف – صفحات هادي

ب – عايق بين هاديها (دي الکتريک)
ساختمان خازن
هرگاه دو هادي در مقابل هم قرار گرفته و در بين آنها عايقي قرار داده شود، تشکيل خازن مي‌دهند. معمولا صفحات هادي خازن از جنس آلومينيوم ، روي و نقره با سطح نسبتا زياد بوده و در بين آنها عايقي (دي الکتريک) از جنس هوا ، کاغذ ، ميکا ، پلاستيک ، سراميک ، اکسيد آلومينيوم و اکسيد تانتاليوم استفاده مي‌شود. هر چه ضريب دي الکتريک يک ماده عايق بزرگتر باشد آن دي الکتريک داراي خاصيت عايقي بهتر است. به عنوان مثال ، ضريب دي الکتريک هوا 1 و ضريب دي الکتريک اکسيد آلومينيوم 7 مي‌باشد. بنابراين خاصيت عايقي اکسيد آلومينيوم 7 برابر خاصيت عايقي هوا است.

انواع خازن
الف- خازنهاي ثابت
• سراميکي
• خازنهاي ورقه‌اي
• خازنهاي ميکا
• خازنهاي الکتروليتي
o آلومينيومي
o تانتاليوم
ب- خازنهاي متغير

• واريابل
• تريمر
انواع خازن بر اساس شکل ظاهري آنها
1. مسطح
2. کروي
3. استوانه‌اي

انواع خازن بر اساس دي الکتريک آنها
1. خازن کاغذي
2. خازن الکترونيکي
3. خازن سراميکي
4. خازن متغيير

خازن کروي

خازن مسطح (خازن تخت)
دو صفحه فلزي موازي که بين آنها عايقي به نام دي الکتريک قرار دارد، مانند (هوا ، شيشه). با اتصال صفحات خازن به يک مولد مي‌توان خازن را باردار کرد. اختلاف پتانسيل بين دو سر صفحات خازن برابر اختلاف پتانسيل دو سر مولد خواهد بود.

ظرفيت خازن (C)
نسبت مقدار باري که روي صفحات انباشته مي‌شود بر اختلاف پتانسيل دو سر باتري را ظرفيت خازن گويند؛ که مقداري ثابت است.

C = kε0 A/d

C = ظرفيت خازن بر حسب فاراد

Q = بار ذخيره شده برحسب کولن

V = اختلاف پتانسيل دو سر مولد برحسب ولت

ε0 = قابليت گذر دهي خلا است که برابر است با: 8.85 × 12-10 _ C2/N.m2

k )بدون يکا( = ثابت دي الکتريک است که براي هر ماده‌اي فرق دارد. تقريبا براي هوا و خلأ 1=K است و براي محيطهاي ديگر مانند شيشه و روغن 1
A = سطح خازن بر حسب m2

d =فاصله بين دو صفه خازن بر حسب m

چند نکته
• آزمايش نشان مي‌دهد که ظرفيت يک خازن به اندازه بار (q) و به اختلاف پتانسيل دو سر خازن (V) بستگي ندارد بلکه به نسبت q/v بستف پتانسيل دو سر خازن نسبت مستقيم دارد. يعني: q a v