ما هي تكوينات الدائرة النموذجية للثنائي الضوئي الرقمي؟

مرحبًا يا من هناك! باعتباري موردًا للثنائيات الضوئية الرقمية، رأيت بنفسي كيف تلعب هذه المكونات الصغيرة ولكن القوية دورًا حاسمًا في جميع أنواع التطبيقات، بدءًا من الاتصالات البصرية وحتى الاستشعار الصناعي. اليوم، سأطلعكم على بعض تكوينات الدوائر النموذجية للثنائي الضوئي الرقمي.

التشغيل الأساسي للثنائيات الضوئية الرقمية

قبل أن نتعمق في تكوينات الدوائر، دعونا نتعرف سريعًا على كيفية عمل الثنائيات الضوئية الرقمية. الثنائي الضوئي هو جهاز شبه موصل يحول الضوء إلى تيار كهربائي. عندما تصل الفوتونات إلى المنطقة النشطة للثنائي الضوئي، فإنها تكوّن أزواجًا من الثقوب الإلكترونية. يتم بعد ذلك فصل هذه الأزواج بواسطة المجال الكهربائي المدمج في الثنائي الضوئي، مما يولد تيارًا يتناسب مع شدة الضوء الساقط.

في التطبيقات الرقمية، نهتم عادةً باكتشاف وجود أو عدم وجود الضوء، بدلاً من قياس شدة الضوء بدقة. لذلك، يجب أن يكون إخراج الصمام الثنائي الضوئي مشروطًا لإنتاج إشارة رقمية (عالية أو منخفضة) يمكن معالجتها بسهولة بواسطة دوائر رقمية أخرى.

تكوينات الدائرة المشتركة

الثنائي الضوئي في الوضع الكهروضوئي

في الوضع الكهروضوئي، يتم تشغيل الثنائي الضوئي بدون جهد متحيز خارجي. عندما يضرب الضوء الثنائي الضوئي، فإنه يولد جهدًا عبر أطرافه، مشابهًا لخلية شمسية صغيرة. يتم الحصول على التيار المتدفق عبر مقاومة الحمل من خلال تيار الدائرة القصيرة للثنائي الضوئي.

ميزة هذا التكوين هي بساطته واستهلاكه المنخفض للطاقة. ومع ذلك، فإن جهد الخرج صغير نسبيًا، عادةً في حدود بضع مئات من الميللي فولت. وقد يتطلب ذلك مراحل تضخيم إضافية لتكون متوافقة مع الدوائر الرقمية.

وهنا مثال بسيط للدائرة. نقوم بتوصيل الثنائي الضوئي مباشرة بمقاوم التحميل. عندما يسلط الضوء على الثنائي الضوئي، يتدفق تيار عبر المقاومة، مما يؤدي إلى انخفاض الجهد. يمكن تغذية هذا الجهد في المقارنة. إذا تجاوز الجهد عتبة معينة، يقوم جهاز المقارنة بإخراج إشارة رقمية عالية؛ وإلا فإنه يصدر إشارة منخفضة.

الثنائي الضوئي في وضع الموصل الضوئي

في وضع الموصل الضوئي، يتم تطبيق جهد انحياز عكسي على الثنائي الضوئي. يؤدي هذا إلى زيادة عرض منطقة النضوب، مما يؤدي بدوره إلى تقليل سعة الوصلة وتحسين سرعة استجابة الثنائي الضوئي.

يؤدي الانحياز العكسي أيضًا إلى زيادة المجال الكهربائي عبر منطقة النضوب، مما يتسبب في اكتساح أزواج الثقوب الإلكترونية المتولدة بسرعة أكبر. ونتيجة لذلك، يمكن للثنائي الضوئي الاستجابة للإشارات الضوئية عالية السرعة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات عالية التردد مثل الاتصالات البصرية.

لتحويل التيار الكهروضوئي إلى جهد، نستخدم عادةً مضخم المعاوقة (TIA). يأخذ TIA تيار الإدخال من الثنائي الضوئي ويحوله إلى جهد خرج. يتم تحديد كسب TIA بواسطة مقاوم التغذية الراجعة.

على سبيل المثال، في منطقتناTO46 155M - 10G APD - TIAالمنتج، يتم استخدام الثنائي الضوئي الانهيار (APD) في وضع الموصل الضوئي مع TIA. يتمتع APD بكسب داخلي عالي، مما يؤدي إلى تضخيم التيار الضوئي قبل أن يصل إلى TIA. وهذا يسمح باكتشاف حساسية عالية للإشارات الضوئية الضعيفة.

الصمام الثنائي الضوئي PIN مع تكوين TIA

الثنائي الضوئي PIN هو نوع من الثنائيات الضوئية مع طبقة جوهرية (i) بين طبقات أشباه الموصلات من النوع p وn. تعمل الطبقة الجوهرية على زيادة عرض منطقة النضوب، مما يحسن الكفاءة الكمومية وسرعة استجابة الثنائي الضوئي.

عند دمجه مع TIA، يمكن أن يوفر الثنائي الضوئي PIN استجابة سريعة وخطية للإشارات الضوئية. يقوم TIA بتحويل التيار الكهروضوئي من الثنائي الضوئي PIN إلى جهد يمكن معالجته بشكل أكبر بواسطة الدوائر الرقمية.

ملكناTO46 155M - 10G PIN - TIAالمنتج هو مثال رائع على هذا التكوين. لقد تم تصميمه لتطبيقات الاتصالات الضوئية عالية السرعة، حيث يعد الكشف السريع والدقيق للإشارات الضوئية الرقمية أمرًا ضروريًا.

الصمام الثنائي الضوئي للانهيار الجليدي (APD) مع تكوين TIA

APD هو نوع خاص من الثنائي الضوئي الذي يمكن أن يوفر مكاسب داخلية من خلال تأثير مضاعفة الانهيار الجليدي. عندما يُنشئ الفوتون زوجًا من ثقب الإلكترون في APD، يتسبب المجال الكهربائي العالي في منطقة النضوب في اكتساب الموجات الحاملة طاقة كافية لإنشاء أزواج ثقب إلكترون إضافية من خلال التأين التصادمي. وهذا يؤدي إلى مضاعفة التيار الضوئي.

يمكن أن يؤدي الجمع بين APD وTIA إلى تحسين حساسية الكاشف الضوئي بشكل كبير. ومع ذلك، تتطلب أجهزة APD جهدًا متحيزًا أعلى مقارنةً بالثنائيات الضوئية PIN، كما أنها تتمتع بمستويات ضوضاء أعلى. ولكن في التطبيقات التي يكون فيها اكتشاف الإشارات الضوئية الضعيفة أمرًا بالغ الأهمية، مثل الاتصالات الضوئية لمسافات طويلة، فإن فوائد استخدام APD تفوق العيوب.

اختيار التكوين الصحيح للدائرة

يعتمد اختيار تكوين الدائرة على عدة عوامل، مثل متطلبات التطبيق، ونوع الصمام الثنائي الضوئي، ومصدر الطاقة المتاح.

إذا كنت تعمل على تطبيق منخفض الطاقة ومنخفض السرعة، فقد يكون الوضع الكهروضوئي خيارًا جيدًا. إنها بسيطة ولا تتطلب جهدًا متحيزًا خارجيًا.

بالنسبة للتطبيقات عالية السرعة مثل الاتصالات البصرية، عادةً ما يُفضل وضع الموصل الضوئي مع TIA. يعتمد اختيارك للثنائي الضوئي PIN أو APD على الحساسية المطلوبة. إذا كنت بحاجة إلى اكتشاف إشارات ضعيفة جدًا، فإن APD المزود بـ TIA هو الحل الأمثل.

خاتمة

في الختام، هناك العديد من تكوينات الدوائر النموذجية للثنائيات الضوئية الرقمية، ولكل منها مزاياه وعيوبه. باعتبارنا موردًا للديود الضوئي الرقمي، فإننا نقدم مجموعة واسعة من المنتجات، بما في ذلكTO46 155M - 10G APD - TIAوTO46 155M - 10G PIN - TIA، لتلبية احتياجات التطبيق المختلفة.

إذا كنت في السوق لشراء الثنائيات الضوئية الرقمية أو لديك أي أسئلة حول تكوينات الدوائر، فلا تتردد في التواصل معنا. نحن هنا لمساعدتك في العثور على الحل الأفضل لمشروعك. دعونا نجري محادثة حول متطلباتك ونرى كيف يمكننا العمل معًا!

مراجع

• سزي، إس إم، ونج، كيه كيه (2007). فيزياء أجهزة أشباه الموصلات. وايلي.
• باليك، إد (إد.). (1998). دليل الثوابت البصرية للمواد الصلبة. الصحافة الأكاديمية.