MOSFET هو نوع فريد من ترانزستور التأثير الميداني. بالمقارنة مع BJTs، فإن هذه الترانزستورات عبارة عن أجهزة يتم التحكم فيها بالجهد لأن BJTs عبارة عن أجهزة يتم التحكم فيها حاليًا. بشكل عام، يتضمن MOSFET ثلاث محطات؛ البوابة والمصدر والصرف في حين بجت يتضمن القاعدة والمجمع والباعث. عندما يتم تطبيق الجهد على محطة البوابة، يمكن إنشاء مجال كهربائي يتحكم ببساطة في تدفق التيار عبر القناة بين المحطتين المتبقيتين مثل المصدر والصرف والتيار لا يتدفق من محطة البوابة إلى الترانزستور. تلعب الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFETs) دورًا رئيسيًا في صنع دوائر مختلفة مثل الجهد المنظم وأجهزة التحكم في سرعة المحرك، وأجهزة تتبع الطاقة الشمسية، ومفاتيح تنشيط الضوء، وغيرها الكثير. تتناول هذه المقالة كيفية تصميم مفتاح تنشيط الضوء باستخدام MOSFET.
مفتاح يعمل بالضوء مع MOSFET
المفهوم الرئيسي لهذه الدائرة هو تصميم دائرة بسيطة لتشغيل/إيقاف الحمل مثل قاد اعتمادا على شدة الضوء. هنا يتم التحكم في الحمل في الدائرة من خلال MOSFET.
المكونات المطلوبة
تتضمن المكونات المطلوبة لعمل هذا المفتاح المنشط بالضوء مع MOSFET بشكل أساسي؛ IRFZ44N MOSFET، LDR، 4.5 ملم المقاوم ، تحميل شريط LED 12 فولت، وإمداد طاقة البطارية 9 فولت.
اتصالات التبديل المنشط بالضوء
اتصالات المفتاح المنشط بالضوء مع MOSFET تتبع على النحو التالي:
- يتم توصيل محطة التصريف الخاصة بـ IRFZ44N MOSFET بالطرف السالب لمصباح LED.
- يتم توصيل الطرف السالب لمقاومة 4.5Mohm بالطرف المصدر لـ MOSFET والطرف الموجب متصل بالطرف الموجب لـ LED.
- يتم توصيل الطرف الموجب LDR بمحطة البوابة الخاصة بـ MOSFET والمحطة السالبة بالمحطة المصدر لـ MOSFET.
- يتم توصيل طرف المقاوم الأول بالطرف الموجب للبطارية ويتم توصيل طرف البوابة بالطرف السالب للبطارية أو GND.
عمل
المصباح الليلي عبارة عن أداة إضاءة كهربائية صغيرة جدًا، تستخدم لتوفير الراحة في المناطق المظلمة أو حيث تصبح بعض المناطق مظلمة في بعض الأوقات المحددة مثل حالات الطوارئ أو في الليل. يتم استخدام MOSFET لصنع مفتاح تنشيط الضوء محلي الصنع. يمكن تعديل تركيبات الإضاءة ذات الكفاءة العالية بناءً على العديد من العوامل مثل؛ توافر ضوء النهار أو الإشغال.
ان LDR أو المقاوم الضوئي هو مقاوم متغير يتم التحكم فيه بواسطة الضوء. وظيفة هذه المقاومة هي موصلة ضوئية مما يعني أن المقاومة ستتغير بناءً على شدة الضوء. عندما تزيد شدة الضوء، تنخفض مقاومة LDR. استنادًا إلى الموصلية الضوئية، يمكن تعزيز موصلية المادة بمجرد تعزيز شدة الضوء الساقط. تتميز المواد الموصلة للضوء بمثل هذا النوع من الخاصية، لذلك يتم استخدامها في تبديل الدوائر مثل دوائر الكاشف المنشطة للضوء والظلام وكذلك دوائر الكاشف الحساسة للضوء.
يتم تصنيع المقاوم المعتمد على الضوء ببساطة باستخدام أشباه الموصلات عالية المقاومة. عندما يكون لقطرات الضوء على الجهاز تردد عالي بما فيه الكفاية، فإن الفوتونات التي يتم امتصاصها من خلال شبه الموصل توفر طاقة كافية لربط الإلكترونات للانتقال إلى نطاق التوصيل. وبالتالي فإن الإلكترونات الناتجة سوف تقوم بتوصيل الكهرباء لتقليل المقاومة. يجب أن يكون LDR في هذه الدائرة متصلاً بالخارج لأن سطح الاستشعار الخاص به يجب أن يتعرض للمنطقة المحيطة حيث يكون مستوى الضوء ضروريًا لاكتشافه.
يمكن أن تتقلب الحساسية الضوئية للمقاوم الضوئي بشكل كبير بناءً على درجة الحرارة المحيطة. بالإضافة إلى ذلك، ستظهر هذه المقاومات بعض التأخير عادةً بمقدار 10 مللي ثانية أو أقل أو بين التعرض للضوء والهبوط اللاحق داخل المقاومة.
في الدائرة المذكورة أعلاه، LDR (المقاوم المعتمد على الضوء) هو مقاوم متغير يتم تقليل قيمة مقاومته عن طريق زيادة شدة الضوء الساقط. بناءً على شدة الضوء، ستقوم الدائرة بتشغيل أو إيقاف تشغيل مؤشر LED، مما يعني أنه عندما يكتشف LDR شدة الضوء العالية، فسيتم إيقاف تشغيل مؤشر LED تلقائيًا وعند شدة إضاءة منخفضة، سيتم تشغيل مؤشر LED. هنا يمكن التحكم في مصباح LED الذي يشبه الحمل بمساعدة MOSFET. يعمل هذا المفتاح البسيط المنشط بالضوء تلقائيًا عن طريق تشغيل الضوء ليلاً وإيقاف تشغيله أثناء النهار. يعد المفتاح المنشط بالضوء أقل تكلفة وفعالًا جدًا عند استخدامه يوميًا لأتمتة منزلك أو حديقتك وما إلى ذلك.
إيجابيات - سلبيات
ال مزايا المفتاح المنشط بالضوء تشمل ما يلي.
- هذه الدوائر لا تحتاج إلى التشغيل اليدوي.
- هذه الدائرة تستهلك طاقة أقل.
- هذه الدائرة سهلة التصميم للغاية باستخدام مكونات أقل.
- نسبة مقاومة الضوء إلى الظلام لـ LDR في الدائرة عالية.
ال عيوب التبديل المنشط بالضوء تشمل ما يلي.
- أثناء تشغيل هذه الدائرة يجب توخي الحذر.
- الاستجابة الطيفية لـ LDR في هذه الدائرة ضيقة.
- استقرار درجة الحرارة لهذه الدائرة منخفض.
- إن تغير قيمة المقاومة LDR يتأخر، لأنه إذا انتقل من الظلام إلى النور أو من الضوء إلى الظلام فإنه يقيد استخدام LDR حيثما تتغير إشارة الضوء بسرعة.
التطبيقات
ال تطبيقات التبديل المنشط بالضوء تشمل ما يلي.
- تُستخدم دائرة التبديل المفعّلة بالضوء في التطبيقات الأمنية حيث يوجد ظلام فوق المقاومة المعتمدة على الضوء ثم تتوقف عن الإضاءة.
- هذه الدائرة مفيدة جدًا في تشغيل الضوء عندما يضيء المقاوم المعتمد على الضوء. سيكون لـ LDR أقصى مقاومة في الظلام، وفي الضوء ستكون مقاومته منخفضة.
- تُستخدم هذه الدوائر في مصابيح الحديقة لتعمل تلقائيًا في الليل.
- تُستخدم هذه الدوائر في إنذارات الأدراج التي تصدر صوتًا بمجرد فتح الدرج المظلم.
- تُستخدم هذه الدائرة لإيقاف تشغيل مصباح (أو) مجموعة مصابيح معينة استجابةً للمستويات المختلفة للضوء المحيط.
- يمكن أيضًا استخدام هذه الدائرة كنظام تحكم تلقائي في إضاءة الشوارع.
