الصنّاع العرب

الديودات الضوئية (Light-emitting Diodes)

مقدمة

توجد الديودات الضوئية حولنا في كل مكان: في الهواتف والسيارات وأيضاً في المنازل. في أي شيء إلكتروني يضيء من المحتمل أن يكون مصدر هذه الإضاءة ديود ضوئي. تأتي الديودات الضوئية في تشكيلة ضخمة من الأحجام والأشكال والألوان. لكن مهما اختلفت الأشكال والألوان، تتشارك الديودات الضوئية في معظم الخصائص. يتم استخدام الديودات الضوئية لتحسين مظهر أي مشروع وإضفاء لمسة جمالية مبهجة له وتضاف أحياناً لتجميل الأشياء سيئة المظهر.
سيعطيك هذا الدرس فكرة جيدة عن الديودات الضوئية وخصائصها. دعونا نتعرف أولاً: ما هي تلك الديودات الضوئية التي يتحدث عنها الجميع؟
الديودات الضوئية (أو كما يُقال عليها إل إي ديز) هي نوع خاص من الديودات تقوم بتحويل الطاقة الكهربية إلى ضوء. في الواقع اختصار LED يعني ديود باعث للضوء، وهذا تعبير فعلي عما يفعله ذلك الديود، وهذا ينعكس على الفرق بين الرمز للتعبير عن الديودات العادية والرمز المستخدم للتعبير عن الديودات الضوئية في الدوائر الإلكترونية:

باختصار: الديودات الضوئية هي عبارة عن مصابيح صغيرة الحجم، ولكنها تتطلب طاقة أقل بكثير لكي تضيء مقارنة بالمصابيح الأخرى. كما أن لها كفاءة عالية في استهلاك الطاقة، لذلك لا ترتفع حرارتها مثل المصابيح العادية. وهذا يجعلها مثالية للاستخدام في الأجهزة المحمولة والتطبيقات منخفضة الاستهلاك للطاقة. لا تعتقد أن الديودات الضوئية لا يمكن استخدامها للحصول على إضاءة قوية؛ الديودات الضوئية عالية الشدة تُستخدم حالياً في الإضاءة المنزلية والأضواء الكاشفة ومصابيح السيارات.
هل أدركت أهمية الديودات الضوئية؟ هل أصبحت متشوقاً لتعرف المزيد عنها؟ حسناً، ابق معنا وستحصل على ما تريد.

 مواضيع مقترحة للقراءة

إليك بعض المواضيع المرتبطة بما سنورده في هذا الدرس. إذا لم يكن لديك معرفة بأي من تلك المواضيع فيُفضل أن تقوم بقراءة الدرس الخاص به قبل أن تمضي في هذا الدرس.
ما هي الكهرباء (Electricity)؟
ما هي الدائرة الكهربية (Circuit)؟
الجهد (Voltage)، التيار (Current)، المقاومة (Resistance)، وقانون أوم (Ohm’s Law)
• البادئات والوحدات المترية (Metric Prefixes and Units) (قريباً)
القدرة الكهربية (Electric Power)
القطبية (polarity)
الديودات (Diodes)

كيفية استخدامها

إذن.. لقد عرفنا أن الديودات الضوئية تُستخدم تقريباً في كل شيء، لنتعرف الآن عليها بالتفصيل:

1) القطبية (polarity)

في عالم الإلكترونيات تحدد القطبية ما إذا كان المكون الإلكتروني متماثلاً أم لا. بكون الديودات الضوئية نوعاً من أنواع الديودات في الأساس فهي تسمح بسريان التيار في اتجاه واحد فقط. وعندما لا يسري تيار لا تكون هناك إضاءة. وهذا يعني أيضاً لحسن الحظ أن توصيل الديودات الضوئية بشكل عكسي لا يتسبب في تلفها، بل لا تضيء فحسب.

الطرف الموجب من الديود الضوئي يُسمى المصعد (anode) ويكون هذا الطرف أكثر طولاً، أما الطرف الآخر السالب فيسمى المهبط (cathode). يسري التيار من المصعد إلى المهبط ولا يسري أبداً في الاتجاه المعاكس. عند توصيل الديود الضوئي بشكل عكسي يكون بإمكانه منع الدائرة بالكامل من العمل عن طريق إيقاف سريان التيار. لذلك لا تنزعج إذا توقفت دائرتك عن العمل عند توصيل ديود ضوئي بداخلها؛ فقط قم بعكس التوصيل الخاص به.

2) زيادة التيار = زيادة الضوء

تعتمد إضاءة الديود الضوئي بشكل أساسي على مقدار التيار الذي يستهلكه. وهذا يعني أمرين؛ الأمر الأول هو أن الديودات فائقة الإضاءة (super bright LEDs) تستهلك البطاريات بشكل أسرع، لأن الزيادة في الإضاءة تأتي بسبب الزيادة في استهلاك الطاقة. الأمر الثاني هو أنه يمكنك التحكم في مدى إضاءة الديود الضوئي من خلال التحكم في كمية التيار المار به.

3) هناك حدود للطاقة التي تتحملها الديودات الضوئية

إذا قمت بتوصيل ديود ضوئي بمصدر للتيار مباشرةً فسيقوم باستهلاك أقصى قدر ممكن من الطاقة، وبالتالي سوف يتلف على الفور. لذلك من الضروري أن يتم تحديد كمية التيار المار خلال أي ديود ضوئي.
لذلك نقوم باستخدام المقاومات (resistors) لهذا الغرض. تقوم المقاومات بالحد من سريان الإلكترونات (التيار) في الدائرة وبالتالي تحمي الديود الضوئي من استهلاك تيار زائد. لا تقلق بخصوص الحسابات المطلوبة لتحديد أفضل قيمة للمقاوم الذي يجب استخدامه؛ إنها حسابات بسيطة وسهلة. يمكنك معرفة المزيد عن ذلك في درسنا الخاص بالمقاومات.
إذا لم تكن تريد استخدام الرياضيات فلا بأس؛ في الجزء التالي سنتعرف على كيفية معرفة قيمة المقاوم الأمثل للاستخدام بدون أي حسابات.

تحديد قيمة المقاومة المطلوبة بدون حسابات

قبل أن نتعرف على كيفية قراءة صحف البيانات الخاصة بالديودات الضوئية دعنا نقوم بتوصيل البعض منها.
سنتعرف أيضاً على بعض القواعد التجريبية لتشغيل الديودات الضوئية. كما عرفت من المعلومات التي أوردناها بالجزء السابق، تحتاج لبطارية والمُقاوم وديود ضوئي. نقوم باستخدام البطاريات كمصدر للطاقة لأنها متوافرة وسهلة الاستخدام ولا ينتج عنها كميات خطرة من التيار.
النموذج الأساسي لدائرة الديود الضوئي بسيط للغاية، فقط قم بتوصيل بطاريتك بمُقاوم وديود ضوئي على التوالي، كما في الشكل التالي:

قيمة المقاومة التي تناسب معظم الديودات الضوئية هي 330Ω. يمكنك استخدام الحسابات لحساب قيمة المقاومة التي يجب استخدامها بدقة، لكن في هذا الجزء سنتعرف على كيفية تحديد قيمتها تقريبياً بدون حسابات. سنبدأ بتوصيل مقاوم بقيمة 330Ω في الدائرة ثم نرى ما يحدث.
ما يميز المقاومات هو أنها تقوم بتبديد أي طاقة زائدة على شكل حرارة، لذلك إذا وجدت أن درجة حرارة المقاوم ترتفع فيجب أن تستخدم مقاومة أقل في القيمة. أما إذا كانت قيمة المقاومة صغيرة فأنت تعرض ديودك الضوئي للخطر ومن الممكن أن يتلف! إليك خريطة تدفق لمساعدتك في تصميم دائرة الديود الضوئي الخاص بك وتحديد قيمة المقاومة اللازمة باستخدام طريقة التجربة والخطأ (trial and error) ويجب أن يكون لديك مجموعة من المقاومات والديودات الضوئية لاستخدامها.

هناك طريقة أخرى لإضاءة الديود الضوئي ببساطة تتمثل في توصيله ببطارية ساعة! يمكن توصيل الديودات الضوئية ببطارية الساعة مباشرة لأنها لا يصدر عنها تيار يكفي لتدمير الديود الضوئي. فقط قم بوضع بطارية ساعة CR2032 بين طرفي الديود الضوئي بحيث يتم توصيل الطرف الأكثر طولاً من الديود الضوئي بالجانب الموجب (مكتوب عليه +) من البطارية، وبعد ذلك قم بتثبيتهما معاً باستخدام شريط لاصق. يمكنك أن تقوم بإضافة مغناطيس لتثبيت الديود المضيء على أي شيء معدني.

إذا لم تحصل على نتيجة مرضية باستخدام طريقة التجربة والخطأ فيمكن بالتأكيد استخدام آلتك الحاسبة لتحديد قيمة المقاومة حسابياً بدقة. ولا تحمل هماً، فحساب قيمة تلك المقاومة امر بسيط للغاية. لكن قبل أن تقوم بحساب قيمة المقاومة تحتاج لمعرفة قيمة التيار الأمثل (optimal current) للديود الضوئي. لذلك نحن بحاجة للاطلاع على صحف البيانات.

الحصول على المعلومات من صحيفة البيانات (datasheet)

لا تقم بتوصيل أي ديود ضوئي لا تعلم عنه شيء في دائرتك، هذا فعل خاطئ. لا بد أن تعرف المعلومات الخاصة بالديود الضوئي قبل استخدامه، وأفضل ما تفعله لمعرفة تلك المعلومات هو قراءة صحف البيانات.
سنأخذ صحيفة البيانات الخاصة بالديود الأحمر الأساسي بحجم 5 مليمتر (Basic Red 5mm LED) كمثال على صحف البيانات.

تيار الديود الضوئي

لنبدأ من أعلى لأسفل. أول ما نواجهه في صحيفة البيانات هو هذا الجدول:

حسناً، ماذا يعني كل هذا؟
الصف الأول من الجدول يشير إلى التيار الأمامي (forward current) كمية التيار التي يمكن أن يتحملها الديود الضوئي باستمرار، وفي حالتنا هذه قيمة التيار هي 20mA أو اقل، وتكون أقصى إضاءة للديود عندما يكون التيار 20mA. الصف الثاني يشير إلى التيار الأمامي الأقصى (peak forward current) وهو أقصى تيار يمكن أن يتحمله الديود الضوئي على دفعات متقطعة، وديودنا هذا يمكنه أن يتحمل دفقات تيار حتى 30mA، ولكنه لا يمكنه تحمل هذا التيار باستمرار لوقت كبير. صحيفة البيانات هذه أيضاً توضح لنا في الصف الثالث المدى المقترح للتيار (suggestion using current) المستخدم لإضاءة الديود دون حدوث مشاكل، وقيمته هنا 16-18mA، وهذا ما نستخدمه في حساباتنا لقيمة المقاومة الواجب استخدامها مع الديود الضوئي.
الصفوف التالية ليست ذات أهمية كبيرة في درسنا هذا. الجهد العكسي (reverse voltage) هو أحد الخواص المتعلقة بالديود الضوئي، ولكنك لن تستخدمها في معظم الأحيان. تبديد الطاقة (power dissipation) يشير إلى كمية الطاقة بالملي وات التي يمكن أن يتحملها الديود الضوئي قبل أن يتلف. إذا كان الديود الضوئي يعمل في نطاق التيار والجهد الواردين في صحيفة البيانات تكون كمية الطاقة المبددة فيه في الحدود الآمنة.

جهد الديود الضوئي

لنلقي نظرة على الجدول التالي:

هذا الجدول الصغير له أهمية كبيرة. الصف الأول يشير إلى فرق الجهد الأمامي (forward voltage drop) خلال الديود الضوئي. الجهد الأمامي هو مصطلح شائع الذكر عند التعامل مع الديودات الضوئية. هذه القيمة تساعدك على اختيار الجهد الذي تحتاج أن تزود به الديود الضوئي من خلال الدائرة الخاصة بك. هذا الرقم هام للغاية إذا كان لديك أكثر من ديود ضوئي متصلين معاً بمصدر طاقة واحد؛ لأن قيم الجهود الأمامية يتم جمعها معاً ولا يجب أن يزيد مجموعها معاً على جهد المصدر. سنتحدث عن هذا باستفاضة لاحقاً في هذا الدرس.

الطول الموجي للديود الضوئي (LED Wavelength)

الصف الثاني من هذا الجدول يوضح الطول الموجي للضوء المنبعث من الديود الضوئي. الطول الموجي هو وسيلة دقيقة لمعرفة لون الضوء الذي يصدره الديود. يمكن أن تكون هناك اختلافات في قيمة ذلك الطول الموجي، لذلك يتم كتابة أقل وأقصى قيمة للطول الموجي الخاص بالديود الضوئي. في هذه الحالة نرى أن الطول الموجي يتراوح بين 620nm و 625nm، وهذا يعني أن الضوء الذي يصدره الديود يقع في نطاق اللون الأحمر من الطيف المرئي (spectrum) الذي يتواجد في نطاق الطول الموجي 620 إلى 750 نانومتر. سنتحدث عن ذلك أيضاً لاحقاً في هذا الدرس.

درجة سطوع الديود الضوئي (LED Brightness)

الصف الأخير (المسمى شدة الإضاءة (Luminous Intensity)) هو مقياس لأقصى درجة سطوع يمكن أن يبلغها الديود الضوئي. الوحدة المستخدمة هي mcd (ميلي كانديلا (millicandela)) وهي الوحدة القياسية لقياس شدة الإضاءة للمصادر الضوئية. الديود الذي نتحدث عنه تبلغ أقصى شدة إضاءة له 200mcd، وهذا يعني أن هذا الديود مضيء بشكل يكفي ليلفت انتباهك ولكن لا يمكن استخدامه ككشاف. هذا الديود الذي تبلغ شدة إضاءته 200 ميلي كانديلا يمكن استخدامه كمؤشر (indicator).
ملحوظة: الكانديلا يطلق عليها بالعربية “شمعة“.

زاوية الرؤية (viewing angle)

بعد ذلك نرى هذا الشكل البياني على شكل مروحة الذي يمثل زاوية الرؤية الخاصة بالديود الضوئي. الأنواع المختلفة من الديودات الضوئية تحتوي على عدسات وعواكس لتركيز الضوء في نقطة معينة أو لنشره في جميع الأنحاء. بعض الديودات الضوئية تشبه الأضواء الكاشفة التي تنشر فوتونات الضوء (photons) في كل مكان؛ بينما البعض الآخر تنشر الضوء بشكل موجه محدد لدرجة أنك لا تدرك أنها مضيئة إن لم تنظر إليها بشكل مباشر. لقراءة هذا الرسم البياني تخيل أن الديود ضوئي يقف معتدلاً أسفل الرسم، وأنصاف الأقطار تمثل زاوية الرؤية، أما لخطوط الدائرية فتمثل شدة الإضاءة كنسبة مئوية من أقصى شدة إضاءة ممكنة.
هذا الديود الذي ندرسه على سبيل المثال له زاوية رؤية ضيقة إلى حد ما. يمكنك ملاحظة أن أقصى شدة إضاءة يمكن رؤيتها عند النظر إليه بشكل مباشر؛ لأن عند زاوية 0 درجة نرى أن الخط الأزرق يتقاطع مع الدائرة الخارجية (التي تمثل 100% من شدة الإضاءة). لتحديد زاوية رؤية 50% -الزاوية التي تكون شدة الإضاءة عندها 50%- نتبع الدائرة الخاصة بشدة 50% من الرسم حتى نرى نقطة تقاطعها مع الخط الأزرق، ومن ثم نحدد أقرب نصف قطر لها لكي نحدد زاوية الرؤية. في مثالنا هذا نرى أن زاوية رؤية 50% تكون عند 20 درجة.

الأبعاد

وأخيراً، الرسم الميكانيكي للديودات. هذه الصورة تحتوي على جميع القياسات التي قد تحتاجها للقيام بتثبيت الديود الضوئي في مكان ما. لاحظ أن هذا الديود الضوئي –مثل معظم الديودات الضوئية- يحتوي على شفة (flange) صغيرة في أسفله، وهذه الشفة لها أهمية كبيرة عندما تريد تثبيت الديود الضوئي على لوحة؛ ببساطة قم بحفر ثقب بحجم مناسب لجسم الديود الضوئي وستحافظ الشفة عليه من السقوط خلاله.
الآن اصبحت على علم بتفاصيل قراءة صحف البيانات، دعنا الآن نتعرف على الأنواع المختلفة من الديودات التي يمكن أن تقابلها في حياتك.

أنواع الديودات

تهانينا! لقد أصبحت على علم بأساسيات الديودات الضوئية، وربما تكون قد قمت بالفعل بتوصيل البعض منها وإضاءتها بنفسك. هذا أمر رائع! سنذكر الآن الأنواع المختلفة من الديودات الضوئية التي يمكنك استخدامها.

ديودات RGB (أحمر، أخضر، أزرق (Red-Green-Blue)) هي في الواقع ثلاثة ديودات ضوئية مدمجة معاً! لكن هذا لا يعني أن بإمكانها إصدار ثلاثة ألوان فحسب. لأن الأحمر والأخضر والأزرق هي الألوان الجمعية الأولية، يمكن التحكم في شدة إضاءة كل منها لإصدار العديد من الألوان. معظم الديودات الضوئية من نوع RGB تحتوي على ثلاثة أطراف (منافذ): طرف خاص بكل لون والطرف الأخير مشترك. في بعض من تلك الديودات يكون الطرف المشترك هو المصعد، وفي البعض الآخر يكون الطرف المشترك هو المهبط.

الديود الضوئي المومض (flashing LED) بعض الديودات أذكى من غيرها، والديود المومض مثال على ذلك. بداخل هذا الديود تجد دائرة متكاملة حقيقية تجعل الديود الضوئي يومض بدون تدخل خارجي. فقط قم بتوصيله بالطاقة وسيومض عل الفور. هذا الديود الضوئي مناسب في المشاريع التي تريد إضافة بعض المؤثرات لها لكنك لا تمتلك مساحة أو وقت لوضع المزيد من التوصيلات والدوائر. هناك أيضاً ديودات مومضة RGB يمكنها إصدار آلاف الألوان.

الديودات الضوئية السطحية (SMD LEDs) هذه الديودات ليست نوعاً محدد من الديودات الضوئية، وإنما هي طريقة تغليف وتكوين. مع صغر حجم الإلكترونيات يسعى المصنعون باستمرار لتكديس مكونات أكثر في مساحة أقل. المكونات السطحية (SMD اختصار لـ Surface Mount Device) هي عبارة عن نماذج مصغرة من نظيراتها الأساسية. الديودات الضوئية السطحية تأتي بأحجام مختلفة تتراوح من الأحجام الكبيرة إلى حجم حبة الأرز. ويصعب التعامل مع تلك المكونات لأنها صغيرة للغاية وتحتوي على ألواح بدلاً من الأطراف السلكية، ولكن في حال لم تكن لديك مساحة كافية فستكون هي الخيار الأمثل لك.

الديودات الضوئية عالية الطاقة (High-Power LEDs) المنتجة من شركات مثل Luxeon و CREE تتميز بشكل أساسي بالإضاءة القوية. يُقال عن الديود الضوئي أنه عالي الطاقة إذا كان بإمكانه استهلاك 1 وات أو أكثر من الطاقة. هذه الديودات هي التي توجد في المصابيح اليدوية، بل ويمكن استخدام مجموعات كبيرة منها لعمل مصابيح السيارات والأضواء الكاشفة.
بسبب استهلاك كم كبير من الطاقة خلال تلك الديودات الضوئية فإنها عادة ما تطلب وجود مبرد (heatsink). والمبرد هو عبارة عن قطعة من معدن موصل للحرارة ذات مساحة سطحية كبيرة، ووظيفته الأساسية هي نقل أكبر قدر ممكن من الحرارة إلى المحيط الخارجي. الديودات الضوئية عالية الطاقة ينتج عنها حرارة مبددة كبيرة لدرجة أنها من الممكن أن تتلف بدون وجود تبريد مناسب. لكن لا تجعل لفظ “حرارة مبددة” يخدعك، لأن هذه المكونات تُعتبر ذات كفاءة ممتازة مقارنة بالمصابيح العادية.

أنواع خاصة: هناك أيضاً ديودات ضوئية تبعث ضوء يقع خارج نطاق الطيف المرئي (أي لا يرى بالعين المجردة). على سبيل المثال، أنت تستخدم ديودات ضوئية تبعث أشعة تحت حمراء (Infrared LEDs) كل يوم تقريباً؛ حيث أنها تستخدم في أجهزة تحكم التلفاز لإرسال أجزاء صغيرة من المعلومات على شكل ضوء غير مرئي. في الجانب الآخر من الطيف المرئي نجد أيضاً ديودات ضوئية تبعث أشعة فوق بنفسجية (Ultraviolet LEDs)، هذه الديودات تجعل بعض المواد تتوهج مثل الضوء الأسود (blacklight)، كما أنها تستخدم أيضاً لتعقيم الأسطح لأن العديد من انواع البكتيريا حساسة للأشعة فوق البنفسجية.

مع وجود هذا الكم الكبير من الديودات الضوئية متاحاً للاستخدام لم يعد هناك عذر لترك أي شيء دون إضاءة. لكن إذا كان شغفك بهذه المكونات الرائعة لم يُشبع بعد فتابع القراءة وسنخوض في التفاصيل الجوهرية حول الديودات الضوئية وألوانها وشدة إضاءتها.

لنتعمق أكثر!

لننتقل الآن إلى المستوى الثاني من درسنا حول الديودات الضوئية. سنبدأ بمعرفة الأساس العلمي الذي على أساسه تضيء الديودات الضوئية وتومض. ذكرنا سابقاً أن الديودات الضوئية هي نوع خاص من الديودات، ولكن دعونا نتعمق أكثر لمعرفة ما المقصود بذلك:
ما نُطلق عليه الديود الضوئي هو في واقع الأمر ديود ضوئي وغلاف معاً، لكن الديود الضوئي هو في الحقيقة ضئيل جداً! فهو عبارة عن شريحة من مادة شبه موصلة مُطعمة بشوائب تُنشئ حداً فاصلاً بين حاملات الشحنة (charge carriers). عندما يسري التيار خلال شبه الموصل فإنه ينتقل من أحد جانبي الحد الفاصل إلى الجانب الآخر مطلقاً بعض الطاقة خلال هذه العملية. في معظم الديودات تنطلق تلك الطاقة على هيئة حرارة، بينما في الديودات الضوئية تنطلق في صورة ضوء.
الطول الموجي للضوء (وبناء عليه اللون) يعتمد على نوع مادة شبه الموصل المستخدم في صناعة الديود. وهذا يرجع لاختلاف بنية نطاق الطاقة (energy band structure) بين مادة وأخرى من أشباه الموصلات، لذلك يتم إطلاق الفوتونات بترددات مختلفة. الجدول التالي يوضح بعض أشباه الموصلات شائعة الاستخدام في الديودات الضوئية والطول الموجي (واللون) للضوء الناتج عنها:

جزء من الجدول الخاص بالألوان الناتجة من المواد الشبه الموصلة. يمكنك الإطلاع على الجدول الكامل على هذا الرابط: Wikipedia entry for “LED”

بينما يعتمد الطول الموجي للضوء على فجوة النطاق الخاص بشبه الموصل، إلا أن شدة الإضاءة تعتمد على مقدار الطاقة المارة خلال الديود. سبق وتكلمنا عن شدة الإضاءة فيما سبق، ولكن هناك المزيد لنذكره فيما يتعلق بهذا الموضوع.
وحدة قياس شدة الإضاءة يُطلق عليها الشمعة (candela)، ولكن عندما يتعلق الأمر بالديودات الضوئية تقع شدة الإضاءة في مدى جزء من الألف من الشمعة (millicandela). الجزء المهم فيما يتعلق بهذه الوحدة هو أنها ليست مقياساً حقيقياً لكمية الطاقة الضوئية، ولكنها في واقع الأمر مقياس” للسطوع”. يتم ذلك من خلال حساب الطاقة في اتجاه معين واستخدام تلك القيمة في دالة اللمعان (luminosity function) الخاصة بالضوء. العين البشرية حساسة لبعض الأطوال الموجية بشكل أكبر من غيرها، ودالة اللمعان هي عبارة عن نموذج قياسي يأخذ في الاعتبار تلك الحساسية.
شدة الإضاءة الخاصة بالديودات الضوئية تقع في مدى يتراوح من عشرات إلى عشرات الآلاف من الأجزاء من الألف من الشمعة (millicandela). تبلغ شدة الإضاءة الخاصة بالتلفاز حوالي 100mcd، بينما تبلغ شدة إضاءة المصابيح اليدوية حوالي 20000mcd. النظر بشكل مباشر لمصدر ضوئي تزيد شدة إضاءته عن بضعة آلاف ملي شمعة يمكن أن يسبب لك ألماً؛ لا تجرب ذلك.

فرق الجهد الأمامي (Forward Voltage Drop)

سنتحدث أيضاً عن فرق الجهد الأمامي. عندما كنا نقرأ صحف البيانات في السابق ذكرنا أن الجهد الأمامي لكل الديودات الضوئية التي تقوم بتوصيلها معاً لا يمكن أن يتجاوز جهد النظام الخاص بك. يرجع ذلك إلى أن جميع المكونات الموجودة في دائرتك يجب أن تتشارك في الجهد، ومقدار مجموع الجهد الواقع على جميع المكونات يساوي مقدار الجهد المتاح. وهذا يُطلق عليه قانون كيرشوف للجهد (Kirchhoff’s Voltage Law). لذلك إذا كان لديك مصدر طاقة بجهد 5V ومجموعة من الديودات الضوئية فرق الجهد الأمامي لكل منها 2.4V فلا يمكنك في هذه الحالة توصيل أكثر من ديودين مع هذا المصدر.
يُستخدم قانون كيرشوف أيضاً عندما تريد تقدير الجهد خلال مكون ما بناء على الجهد الأمامي للمكونات الأخرى. على سبيل المثال إذا كان لدينا مصدر جهد 5V وديودان ضوئيان فرق الجهد الأمامي لكل منهما 2.4V، وبالطبع نحتاج لاستخدام مقاوم لتحديد التيار؛ كيف يمكننا إذاً إيجاد الجهد الواقع على المقاوم؟ الأمر سهل للغاية:
5 (جهد المصدر) = 2.4 (الديود الضوئي الأول) + 2.4 (الديود الضوئي الثاني) + المقاوم
5 = 4.8 + المقاوم
المقاوم = 5 – 4.8 = 0.2V
إذن فرق الجهد حول المقاوم يساوي 0.2V! هذا المثال سهل للغاية، وليس الأمر دائماً بهذه البساطة، ولكني أهدف لأن أوضح لك مدى أهمية فرق الجهد الأمامي. باستخدام قيمة الجهد الذي تقوم بحسابه من قانون كيرشوف يمكنك أيضاً حساب قيمة التيار المار خلال أحد المكونات باستخدام قانون أوم (Ohm’s Law). باختصار: يجب أن يكون جهد النظام مساوياً للجهد الأمامي المتوقع لجميع مكونات الدائرة معاً.

تمّت ترجمة هذه المادّة من موقع sparkfun تحت تصريح كرييتف كومّونز 3 (Creative Commons 3.0)

عبدالله خيري

أضف تعليق

اترك رد

تابعنا