دانلود تحقیق کنترل از راه دور از طریق مادون قرمز

اشعه مادون قرمز
مادون در لغت به معنای زیر دست و قرمز به معنای هر چه به رنگخون باشد، است.

پس میتوان گفت که مادون قرمز اشعه بسیار ریز و قرمز رنگ است.

اشعه مادون قرمز یا فرو سرخ ، انرژی الکترومغناطیسی است که برای چشم انسان نامرئی است و در طیف الکترومغناطیسی ، بین امواج رادیویی و نور مرئی قرار دارد و با سطوح انرژی اتمی ارتباط دارد.

این اشعه که در نور خورشید و منابع مصنوعی وجود دارد، اگر توسط ماده جذب شود، آن را گرم می‌کند.

کشف هرسل اولنگام در ایجاد پدیده‌ای که ما آن را طیف الکترومغناطیسی مینامیم.

نور مرئی و پرتوهایمادون قرمز دو نمونه اشکال فراوانی از انرژی هستند که توسط تمام اجسام موجود درزمین و اجرام آسمانی تابانده میشوند.

مادون قرمز در طیف الکترومغناطیسی دارایمحدوده طول موجی بین 78/0 تا 1000 میکرو متر است.

تنها با مطالعه این تشعشعات است که می توانیم اجرام آسمانی را تشخیص و تمیز دهیم و تصویری کامل از چگونگی ایجاد جهانو تغییرات آن بدست آوریم.

در سال 1800 سر ویلیام هرشل یک نمونه نامرئی از تشعشعاترا کشف کرد که این نمونه دقیقا زیر بخش قرمز طیف مرئی قرار داشت.

او این شکل ازتشعشعات را مادون قرمز نامید.

سیر تحولی و رشد
Greathouse و همکارانش طی مطالعه‌ای تاثیر لیزر مادون قرمزرا به انتقال عصبی ، عصب رادیال بررسی کردند.

زمان تاخیر ، دامنه پتانسیل عمل و دما، متغیرهای مورد آزمایش مشاهده نشد.Lynn Snyder و همکارانش اثر لیزر کم توان هلیوم - نئون را بر زمان تاخیر شاخه حسی عصب رادیال در دو گروه لیزر و پلاسبو بررسینمودند و مشاهده کردند که در گروه لیزر ، افزایش معنی دارا در زمان تاخیر حسی پس ازبکارگیری لیزر ایجاد گردیده است.

Bas Ford و همکارانش طی مطالعه‌ای اثرلیزر کم توان هلیوم - نئون را بر شاخه حسی اعصاب رادیال و مدین بررسی کردند.

هیچاختلاف معنی داری در دامنه پتانسیل عمل ، زمان تاخیر و دما ساعد بعد از بکارگیریلیزر مشاهده نشد.Baxter و همکارانش افزایش معنی دار در زمان تاخیر عصب مدین بعد ازبکارگیری لیزر گرارش کردند.

Low و همکارانش کاهش دما را به دنبال تابش لیزر کم توانمادون قرمز دیدند.

گسترده اشعه مادون قرمز
منطقه اشعه مادون قرمز بین طول موجهای 0.8 میکرومتر (که حد نور مرئی است) و 343 میکرومتر قرار دارد.

در اشعه مادون قرمز طول موجهای کوتاهتر از 1.5 میکرومتر از پوست می‌گذرند و بقیه جذب شده و تولید حرارت می‌کنند.

اشعه مادون قرمز را به دو قسمت تقسیم می‌کنند:
• طول موجهای بین 0.8 میکرومتر تا 4 میکرومتر.

• طول موجهای بلندتر از 4 میکرومتر که اغلب بوسیله مواد جذب می‌شوند، بخصوص طول موجهای بلندتر از 10 میکرومتر بوسیله هوا کاملا جذب می‌شوند.

جذب اشعه مادون قرمز
• آب یکی از مواد خیلی جاذب اشعه مادون قرمز است.

محلول نمک طعام در حدود 20 برابر آب خالص اشعه را جذب می‌کند.

• شیشه معمولی برای اشعه مادون قرمز بلند به کلی غیر قابل نفوذ است و مورد استفاده آن در ساختن گلخانه‌ها برای حفظ گلها از سرما به سبب همین خاصیت است.

منابع اشعه مادون قرمز
منبع طبیعی
بزرگترین منبع طبیعی اشعه مادون قرمز ، خورشید است.

مقداری از نور آفتاب که به ما می‌رسد، دارای اشعه مادون قرمز کوتاه است، زیرا پرتوهای مادون قرمز بلند آن در طبقات هوا جذب شده‌اند.

منبع مصنوعی
اجسام ملتهب
• بهترین منبع مصنوعی برای اشعه مادون قرمز، اجسام ملتهب می‌باشند که طول موج آنها بر حسب درجه حرارت تغییر می‌کند.

اگر بخواهیم اشعه مادون قرمز تنها داشته باشیم، باید نور این قبیل منابع مصنوعی را بوسیله شیشه‌هایی که در ترکیب آنها ید و یا اکسید منگنز دو (MnO) وجود دارد، صاف کنیم.

این نوع صافیها طیف مرئی را جذب می‌کند و فقط اشعه مادون قرمز کوتاه را عبور می‌دهند.

عبور حریان الکتریکی از مقاومتها
روش دیگر که سهل و عملی است، عبور جریان الکتریکی از مقاوتهای فلزی است، بطوری که این مقاوتها سرخ می‌شوند.

این مقاومتها غالبا از آلیاژهای آهن و نیکل ساخته شده‌اند.

• چراغ با مفتول زغال چراغهایی که مفتول آنها از زغال چوب ساخته شده است، نیز به نسبت زیاد اشعه مادون قرمز دارند.

در این چراغ نسبت اشعه کوتاه بین 1 میکرومتر و 7 میکرومتر خیلی کم ، ولی نسبت اشعه مادون قرمز بلند آن زیاد است.

• چراغ بخار جیوه چراغ بخار جیوه نیز ، اشعه مادون قرمز با طول موج کوتاه بین 0.92 میکرومتر و 1.3 میکرومتر تولید می‌کند، ولی نسبت اشعه حاصله نسبت به سایر منابع کمتر است.

اندازه گیری اشعه مادون قرمز
برای اندازه گیری اشعه مادون قرمز از جذب انرژی حرارتی آن استفاده می‌نمایند، یعنی این اشعه را به جسمی می‌تابانند که بتواند کلیه انرژی را جذب کند و سپس مقدار حرارتی را که در جسم مزبور تولید گشته ، اندازه می‌گیرند.

پیل ترموالکتریکی : وسیله دقیق دیگر برای اندازه گیری اشعه مادون قرمز ، استفاده از پیل ترموالکتریک می‌باشد که در آن انرژی حرارتی تبدیل به انرژی الکتریکی می‌شود و به سهولت قابل اندازه گیری است.

سوزن ترموالکتریک : برای اندازه گیری درجه حرارت در داخل نسوج زنده از دستگاهی به نام سوزن ترموالکتریک استفاده می‌کنند.

خواص فیزیولوژیکی اشعه مادون قرمز اشعه مادون قرمز سبب گرم شدن پوست و نسج سلولی زیر جلدی می‌شود.

اشعه مادون قرمز ممکن است در پوست سوختگی‌های نسبتا شدیدی ایجاد نماید.

اگر اشعه مادون قرمز را به مقدار مناسب بکار برند، در نتیجه اتساع رگهای زیر پوست ، سبب تسهیل اعمال فیزیولوژیک پوست می‌شود و حتی از راه عکس‌العمل پوستی در بهبودی حال عمومی ‌نیز می‌تواند موثر واقع شود.

این اشعه خاصیت تسکین درد را نیز دارد که علت آن همان اتساع عروق و بهتر انجام گرفتن عمل رفع سموم و تغذیه بافتها است.

کاربرد اشعه مادون قرمز ترموگرافی طیف سنجی بالا بردن متابولیسم فرآیند جذب مادون قرمز مانند انواع دیگر جذب انرژی ، موقعی که مولکولها ، اشعه مادون قرمز را جذب می‌کنند، به حالت انرژی بالاتر برانگیخته می‌گردند.

جذب تابش مادون قرمز مانند هر فرآیند جذب دیگر ، یک فرآیند کوانتایی است، بدین صورت که فقط فرکانسهایی مشخص از تابش مادون قرمز توسط مولکول جذب می‌گردد.

جذب تابش مادون قرمز با تغییر انرژی بین( (KJ/mol 8-40 همراه است.

تابشی که دارای چنین انرژی باشد، فرکانسهای ارتعاشی کششی و خمشی پیوندهای کوالانسی اکثر مولکولها را شامل می‌گردند.

در فرآیند جذب ، فرکانسهایی از اشعه مادون قرمز که با فرکانسهای ارتعاشی طبیعی مولکول مورد نظر تطبیق کند، جذب خواهد شد و انرژی جذب شده برای افزایش دامنه حرکت ارتعاشی اتصال موجود در مولکول بکار گرفته می‌شود.

باید توجه داشت که تمامی پیوندهای موجود در مولکول ، قادر به جذب انرژی مادون قرمز نیستند، حتی اگر فرکانس اشعه ، کاملا با فرکانس حرکت تطبیق کند.

فقط آن پیوندهایی که دارای گشتاور دو قطبی هستند، قادر به جذب انرژی مادون قرمز خواهند بود.

پیوندهای متقارن ، مثلا پیوند موجود در H2 و Cl2 ، اشعه مادون قرمز را جذب نمی‌کنند.

یک پیوند باید خصلت یک دوقطبی الکتریکی را از خود بروز دهد که این دوقطبی با همان فرکانس اشعه ورودی متغیر است تا انتقال انرژی صورت پذیرد.

بنابراین پیوندهای متقارن در مادون قرمز جذب نمی‌دهد.

اکثر پیوندهایی که چنین پدیده‌ای را دارند، پیوندهای موجود در آلکنهای متقارن و در آلکینهای متقارن هستند.

موارد استفاده از طیف مادون قرمز چون هر پیوند ، دارای فرکانس ارتعاش طبیعی خاصی است و نیز چون یک پیوند بخصوص در دو مولکول مختلف در دو محیط متفاوت قرار دارند، بنابراین ، هیچگاه دو مولکول با ساختمانهای متفاوت جذب مادون قرمز یا به عبارت بهتر طیف مادون قرمز مشابهی نمی‌دهند.

اگر چه ممکن است که بعضی از فرکانسهای جذب شده در دو مولکول مشابه باشند، اما هیچگاه دو مولکول مختلف ، طیف مادون قرمز کاملا یکسانی را نخواهند داشت.

بنابراین طیف قرمز را می‌توان مانند اثر انگشت در انسان برای شناسایی مولکولها بکار گرفت.

با مقایسه طیف مادون قرمز دو ماده که تصور می‌رود مشابه باشند، می‌توان پی برد که آیا واقعا آنها یکی هستند یا نه.

اگر تمام جذبها در طیف دو مولکول بر یکدیگر منطبق شوند، آن وقت به احتمال قریب به یقین دو ماده یکسان هستند.

کاربرد دوم طیف مادون قرمز که مهمتر از اولی است، این است که طیف مزبور ، اطلاعاتی راجع به ساختمان یک مولکول می‌دهد.

جذبهای مربوط به هر پیوند C≡N و C─C و C=O و C─X و O─H و N─H و ...) در بخش کوچکی از ناحیه ارتعاشی مادون قرمز یافت می‌شوند.

بعنوان مثال ، هر جذبی که در ناحیه 3000 ± 150() قرار داشته باشد، تقریبا همیشه نشان دهنده وجود اتصال (C─H) در هر مولکول است.

نواحی کوچکی که در مادون قرمز ارتعاشی توسط انواع مختلف پیوندها اشغال می‌شوند.

نواحی کوچکی که در مادون قرمز ارتعاشی توسط انواع مختلف پیوندها اشغال می‌شوند، در جدول زیر نشان داده شده اند: آشکار سازهای مادون قرمز : دو نوع آشکازساز مادون قرمز وجوددارد .

اشکارسازهای حرارتی که به آنها بولومتر (Bolometer) گفته می شود اشعه مادون قرمز را تبدیل به حرارت می کنند و سپس حرارت تبدیل به یک سیگنال الکتریکی متناسب با اشعه ماون قرمز می گردد .

دسته دوم آشکارسازها ی فتوالکتریک می باشد که اشعه مادون قرمز را مستقیما تبدیل به سیگنال الکتریکی می کنند.

آشکارسازهای حرارتی : در این آشکارسازها یک ترمیستور بعنوان عنصر حساس بکار می رود .

ترمیستور یک مقاومت الکتریکی است که با ازدیاد حرارت ناشی از نور کاهش می یابد .

بعبارت دیگر حرارت ناشی از نور مادون قرمز دریافتی ، مقاومت ترمیستور را کاهش می دهد ، در نتیجه مقدار جریان افزایش یافته و یک پالس الکتریکی تولید می شود .

آشکارسازهای حرارتی در تمام طول موجهای مادون قرمز بطور یکسان عمل می کنند .

آشکارسازهای مادون قرمز حرارتی دارای یک تأخیر زمانی می باشند به این ترتیب که از زمان دریافت مادون قرمز تا تبدیل آن به سیگنال الکتریکی یک فاصله کوتاه زمانی وجود دارد که این بخاطر اینست که ابتدا مادون قرمز تبدیل به حرارت و سپس تبدیل به سیگنال الکتریکی می گردد .

بعلاوه حساسیت آشکارسازهای حرارتی نسبت به آشکارسازهای فتو الکتریکی به اندازه صد برابر کمتر است.

آشکارسازهای فتو الکتریک: این آشکارسازها از یک نیمه هادی تشکیل شده اند که بر اثر تابش مادون قرمز یک جریان و یا ولتاژ الکتریکی ایجاد می کنند .

این آشکارسازها خیلی حساس تر از آشکارسازهای حرارتی می باشند ولی پاسخ آنها تا یک طول موج خاص می باشد .

حساسیت این آشکارسازها با کمتر کردن درجه حرکت مولکولها ی نیمه هادی کمتر شده و در نتیجه مقدار اغتشاشات خود آشکارساز کاهش می یابد.

طراحی آشکارسازهای مادون قرمز : تا اینجا با شدت امواج مادون قرمز ، اثر فسفر برروی این امواج و آشکارسازهای آن آشنا شدیم .

حال می خواهیم ببینیم که برای طراحی آشکار ساز مادون قرمز باید چه پارامترهایی را در نظر گرفت .

فرض کنیم که بدنه داغ هواپیما مورد نظر ماست و می خواهیم توسط امواج مادون قرمزی که از بدنه هواپیما ی مافوق صوت خارج می شود هدف را کشف کنیم .

می دانیم که ماکزیمم دامنه امواج در این حالت در روی 4 میکرون است .

از طرفی این طول موج بخوبی از آتمسفر عبور می کند بنابراین لازم نیست که طول موجهای مجاور را انتخاب کنیم ( در صورتیکه جذب اتمسفر روی 4 میکرون زیاد باشد باید امواج حوالی 4 میکرون را که آتمسفر جذب کمتری روی آنها دارد انتخاب شوند .

) مرحله ی بعدی انتخاب نوع آشکارساز است .

سولفید سرب و فلورید سرب روی 4 میکرون حساسیت خوبی دارند .

بنابراین هر کدام از اینها می توانند انتخاب شوند .

یک نکته که در مورد آشکارسازها قابل اهمیت است این که این آشکارسازها فقط روی امواج کوتاه حساسیت زیادی دارن د و در طول موجهای بالاتر نمی توان از آن ها استفاده نمود ، بعلاوه در امواج کوتاه نیز این آشکارسازها باید خنک شنود بنابراین سنگین و گران قیمت می شوند .

به همین جهت است که در بعضی از موارد آشکارسازها ی حرارتی که حساسیت کمتری دارند ولی در عوض سبکتر و ارزانتر می باشند ، ترجیح داده می شوند.

هدایت توسط مادون قرمز : سیستم های هدایت توسط مادون قرمز غیر فعال می باشند، بعبارت دیگر تنها گیرنده امواج مادون قرمز هستند و خود موجی را نمی فرستند .

به همین جهت از سیستم های هدایت راداری بسیار ساده تر می باشند .

در یک سیستم هدایت مادون قرمز ساده امواج مادون قرمز دریافتی توسط آینه سهموی روی کانون متمرکز می گردد و در روی کانون آشکارساز مادون قرمز قرار دارد .

معمولا در این قسمت مجموعه ای از آینه ها و عدسیهای مرکب بکار می رود که ماکزیمم مقدار اشعه مادون قرمز بدست می آید.

امواج مادون قرمز دریافتی تبدیل به سیگنالهای الکتریکی شده و توسط تقویت کننده تقویت می شود.

سیستم کنترل این امواج دریافتی را تبدیل به فرمان های مناسب برای اصلاح مسیر موشک می کند بطوریکه همواره موشک ماکزیمم امواج مادون قرمز را از هدف دریافت کند.

نتایج اشعه مادون قرمز گرمایی که ما از خورشید یا از یک محیط گرم احساس میکنیم،همان تشعشعات مادون قرمز یا به عبارتی انرژی گرمایی است.

حتی اجسامی ‌که فکر میکنیمخیلی سرد هستند، نیز از خود انرژی گرمایی منتشر میسازند (یخ و بدن انسان).

سنجش وارزیابی انرژی مادون قرمز ساطع شده از اجرام نجومی ‌به علت اینکه بیشترین جذب را دراتمسفر زمین دارند مشکل است.

بنابراین بیشتر ستاره شناسان برای مطالعه انتشار گرمااز این اجرام از تلسکوپهای فضایی استفاده میکنند.

کاربرد مادون قرمز در صنعت مادون قرمز در نجوم تلسکوپها و آشکارسازهاییکه توسط ستاره شناسان مورد استفاده قرار میگیرند نیز از خودشان انرژی گرمایی منتشرمیسازند.

بنابراین برای به حداقل رساندن این تاثیرات نامطلوب و برای اینکه بتوانحتی تشعشعات ضعیف آسمانی را هم آشکار ساخت، اخترشناسان معمولا تلسکوپها و تجهیزاتخود را به درجه حرارتی نزدیک به 450?F ، یعنی درجه حرارتی حدود صفر مطلق ،میرسانند.

مثلا در یک ناحیه پرستاره ، نقاطی که توسط نور مرئی قابل رویت نیستند، بااستفاده از تشعشعات مادون قرمز بخوبی نشان داده میشود.

همچنین مادون قرمز میتواندچند کانون داغ و متراکم را همره با ابرهایی از گاز و غبار نشان دهد.

این کانونهاشامل مناطق پرستاره‌ای هستند که در واقع میتوان آنها را محل تولد ستاره‌ای جدیددانست.

با وجود این ابرها ، رویت ستاره‌های جدید با استفاده از نور مرئی به سختیامکانپذیر است.

اما انتشار گرما باعث آشکار شدن آنها در تصاویر مادون قرمزمیشود.

اختر شناسان با استفاده از طول موجهای بلند مادون قرمز میتوانند به مطالعهتوزیع غبار در مراکزی که محل شکل گیری ستاره‌ها هستند، بپردازند.

با استفاده از طولموجهای کوتاه میتوان شکافی در میان گازها و غبارهای تیره و تاریک ایجاد کرد تابتوان نحوه شکل گیری ستاره‌های جدید را مورد مطالعه قرار داد.

فضای بین ستاره‌ای درکهکشان راه شیری ما نیز از توده‌های عظیم گاز و غبار تشکیل شده است.

این فضاهای بینستاره‌ای یا از انفجارهای شدید نواخترها ناشی شده‌اند و یا از متلاشی شدن تدریجیلایه‌های خارجی ستاره‌هایی جدید از آن شکل میگیرند.

ابرهای بین ستاره‌ای که حاویگاز و غبار هستند، در طول موجهای بلند مادون قرمز خیلی بهتر آشکار میشوند (100برابر بیشتر از نور مرئی).

اخترشناسان برای دیدن ستاره‌های جدید که توسطاین ابرها احاطه شده‌اند، معمولا از طول موجهای کوتاه مادون قرمز برای نفوذ درابرهای تاریک استفاده میکنند.

اخترشناسان با استفاده از اطلاعات بدست آمده ازماهوارهای نجومی ‌مجهز به مادون قرمز صفحات دیسک مانندی از غبار را کشف کردند کهاطراف ستاره‌ها را احاطه کرده‌اند.

این صفحات احتمالا حاوی مواد خامی ‌هستند کهتشکیل دهنده منظومه‌های شمسی هستند.

وجود آنها خود گویای این است که سیاره‌ها درحال گردش حول ستاره‌ها هستند.

مادون قرمز درپزشکی اگر نگاه دقیق و علمی ‌به یک طیف الکترومغناطیسیبیندازیم، میبینیم که از یک طرف طیف تا سوی دیگر آن ، انواع تشعشعات و پرتوها براساس طول موج و فرکانس‌های مختلف قرار دارند، از آن جمله میتوان به تشعشعات گاما ،اشعه ایکس ، ماورای بنفش ، نور مرئی ، مادون قرمز و امواج رادیویی اشاره کرد.

هرکدام از این پرتوها و تشعشعات همگام با پیشرفت بشر ، به نوبه خود چالش‌هایی را درزمینه‌های علمی ‌پدید آورده‌اند که در اینجا علاوه بر کاربرد مادون قرمز در شاخهستاره شناسی ، اشاره‌ای به کارآیی چشمگیری این پرتو در رشته پزشکی خواهیم داشت.

کاربرد درمانی مادون قرمز بکاربردن گرما یکی از متداولترین روشهای درمان فیزیکی است.

از موارد استعمال درمانیمادون قرمز موارد زیر را میتوان ذکر کرد.

تسکین درد با وجود حرارت ملایم ، کاهش درد به احتمال زیاد بواسطه اثرتسکینی بر روی پایانه‌های عصبی ، حسی ، سطحی است.

همچنین به علت بالا رفتن جریانخون و متعاقب آن متفرق ساختن متابولیتها و مواد دردزای تجمع در بافتها ، درد کاهش می یابد.

استراحت ماهیچه تابشاین اشعه راه مناسبی برای درمان اسپاسم و دستیابی به استراحت عضلانی میباشد.

افزایش خون رسانی در درمانزخمهای سطحی و عفونتهای پوستی ، برای اینکه فرآیند ترمیم به خوبی انجام گیرد، بایدبه مقدار کافی خون به ناحیه مورد نظر برسد و در صورت وجود عفونت نیز افزایش گردشخون سبب افزایش تعداد گلبولهای سفید و کمک به نابودی باکتریها میکند.

از این پرتومیتوان برای درمان مفصل آرتوریتی و ضایعات التهابی نیز استفاده کرد.

کاربرد تشخیصی مادون قرمز از مهمترین کابردهای تشخیصی آن می توان توموگرافی را نام برد.

اصطلاح ترموگرافی به عمل ثبت و تفسیر تغییراتی که در درجه حرارت سطح پوست بدن رخ میدهد، اطلاق می شود.

تصویر حاصل از اینروش که توموگرام نامیده می شود، بخش الگوی حرارتی سطح بدن را نشان میدهد.

درتوموگرافی، آشکار ساز، تشعشع حرارتی دریافت شده توسط دوربین را به یک سیگنال الکترونیکی تبدیل می کند و سپس آن را علاوه بر تقویت بیشتر ، پردازش می کند تا اینکه یک صفحه کاتودیک مثل مونیتور تلویزیون آشکار شود.

تصاویر بدست آمده به صورت سایه‌های خاکستری رنگ می باشند، بدین معنی که سطوح سردتر به صورت سایه‌های خاکستری روشن دیده می شوند و در نوع رنگی آن نیز نواحی گرم، رنگ قرمز و نواحی سرد، رنگ روشن خواهند داشت.

درجه حرارت پوست بدن در نتیجه فرآیندهای فیزیکی، فیزیولوژیک طبیعی یا بیماری تغییر می کند.

از این خاصیت تغییر گرمایی در عضوی خاص یا در سطح بدن برای آشکارسازی یک بیماری استفاده می شود که مهمترین آنها به قرار زیر است.

کاربرد ترموگرافی در مامائی چون جفت از فعالیت بیولوژیکی زیادی برخوردار است.

درجه حرارت حاصله در این محل بطور قابل ملاحظه‌ای از بافتهای اطراف بیشتر است.

پس می توان از توموگرافی برای تعیین محل جفت استفاده کرد.

ضررهای مادون قرمز از طرف دیگر خطرهایی نیز در استفاده از مادون قرمز وجود دارد که میتوان به سوختگی الکتریکی (دراثر اتصال بدن به مدارات الکتریکی دستگاه) سر درد، تولید ضعیف در بیمار و آسیب به چشمها در اثر تابش مستقیم پرتو اشاره کرد.

دیودهای مولد اشعه مادون قرمز : در دستگاههای مادون قرمز از دیودهای خاصی استفاده می شود که ساختمان آنها اساسا همان پیوند مواد نیمه رسانای P-N است در این دیودها از نیمه هادی گالیم ارسناید (آرسنیک ) که با افزودن ناخاصیهای بدل به مواد P,N شده اند استفاده می شود علت تولید اشعه مادون قرمز ترکیب شدن الکترونهای لایه N با حفره های لایه P در محل تماس و آزاد شدن انرژی بصورت فوتون می باشد .

یکی از نخستین دستگاههای که از دیود گالیم آرسناید استفاده کرد دیستومات DI10 ساخت شرکت ویلد در سال1968 بود شکل 5-3 نمائی از چنین دیودهای را نشان می دهد استفاده از صمغ اپوکسی برفراز ناحیه نشر اشعه مادون قرمز باعث پلاریزه شدن نور و جبران پراکندگی زاویه فاز موج تولیدی است سرعت بالای این دیودها نسبت به تغییرات ولتاژ اعمال شده باعث می شود تا براحتی بتوان از طریق مدولاسیون مستقیم دامنه عمل مدولاسیون رابه انجام رساند مصرف اندک این دیودها نیز از دیگر مزایای آنهاست .

با استفاده از دیودها با مقدار ناخالصی افزونتر و شدت جریان عبوری قویتر می توان به کمک این دیودها اشعه لیزری تولید کرد در مورد سیستم لیزر بیشتر از اشعه پالسی استفاده می شود تا موج پیوسته امروزه در سیستمهای لیزری بسته به مورد هرجا که امکان آن باشد بجای سیستمهای گازی لیزر از دیودهای تولید کننده اشعه لیزر استفاده می شود.

دیودهای نوری : اساس کار این دیود مانند دیود نوع قبل است در دیودهای گالیوم آرسناید انرژی تولیدی بیشتر بصورت حرارت (اشعه مادون قرمز) ودر دیودهای گالیوم فسفات یا گالیوم آرسناید فسفات بصورت نور مرئی است فرآیند ایجاد نور بوسله کاربرد منابع الکتریکی را الکترولومینانس نامیده می شود شکل 5-4 نمای یک دیود نوری یا LED را نشان می دهد.

امروزه دیودهای نوری با شکل ها ورنگهای مختلفی ساخته می شوند در شکل 5-4 همچنین یک دیود نوری مرکب از هفت دیود دیده میشود که به آن هفت قطعه یا سون مگمنت میگویند در واقع با وصل کردن ولتاژ مناسب به چند قطعه از این سون مگمنت می توان اعداد بین صفرتا9 را نشان داد در سیستمهای جدید برای نمایش طول اندازه گیری شده از مجموعه ای از چند سون مگمنت استفاده میشود طبعا کنترل نحوه روشن روشن شدن این دیودها توسط مدار منطقی و ریز پردازنده موسوم به واحد کنترل پردازش یا سی پی یو صورت می گیرد عمر دیودهای نوری به صد هزار ساعت می رسد.

منبع تغذیه تغذیه فرستنده 9 ولت است و باید توسط یک باتری کتابی 9 ولتی تامین و با رعایت مثبت و منفی به مدار متصل شود.

تغذیه گیرنده 12 ولت است و باید از طریق آداپتور و با رعایت مثبت و منفی به محل BAT متصل شود.

پس از نصب تغذیه به هر دو مدار ، دیود مادون قرمز فرستنده را در مقابل دیود مادون قرمز گیرنده قرار داده و با فرمان به کلید فشاری فرستنده، دیود نورانی گیرنده، روشن و خاموش خواهد شد.

روش کار به این صورت است که با یک فرمان، دیود گیرنده روشن و با فرمان بعدی خاموش می شود.

برای استفاده سهل تر، مدار فرستنده را داخل یک جاسوئچی مناسب نصب کنید.

برای متصل نمودن این کیت به وسائل برقی و الکترونیکی مورد نظرتان شما حتماً به یک رله 12 ولت نیاز دارید.

برای نصب رله باید کنتاکت های ورودی آن را به نقاط RE گیرنده متصل کنید و سپس کنتاکتهای خروجی رله را در مسیر یکی از سیمهای تغذیه وسیله برقی تان قرار دهید .

بنابراین به خروجی RE حتماً باید کنتاکتهای ورودی یک رله 12 ولت متصل شود و کنتاکتهای خروجی رله، بعنوان یک کلید قطع و وصل در مسیر تغذیه وسیله مورد نظرتان قرار گیرد.

یکسو کننده های تکفاز نیم موج یک یکسوکننده مداری است که عمل تبدیل یک سیگنال ac به یک سگینال یکسویه را انجام می دهد.

دیودها به صورت گسترده ای در یکسوکنده ها بکار می روند.

ساده ترین نوع یکسوکننده ها، یکسوکننده تکفاز نیم موج است که به طور معمول در کاربردهای صنعتی بکار گرفته نمی شود، اما برای فهم اصول طرز کار مدارهای یکسو کننده بسیار مفید است.

دیاگرام مدار با بار مقاومتی در شکل 1 الف نشان داده شده است.

طی نیم سیکل مثبت ولتاژ ورودی، دیود D1 هدایت می کند و ولتاژ ورودی روی بار می افتد.

اما در نیم سیکل منفی ولتاژ ورودی، دیود به عنوان مانعی عمل کرده و ولتاژ خروجی صفر می شود.

شکل موجهای ولتاژ ورودی و خروجی در شکل 1 ب نشان داده شده اند.

شکل 1- یکسو کننده تکفاز نیم موج - یک مدار یکسو کننده تمام موج تکفاز با یک ترانسفورماتور سر وسط دار در شکل 2 الف نشان داده شده است.

هر نیمه ترانسفورماتور به همراه دیودش، مشابه یکسو کننده نیم موج عمل می کند.

در شکل 2 ب خروجی یک یکسو کننده تمام موج نشان داده شده است.

از آنجایی که هیچ جریان dc از ترانسفورماتور عبور نمیکند مشکل اشباع شدن هسته ترانسفورماتور وجود ندارد.

شکل 2- یکسو کننده تمام موج با ترانسفورماتور دارای سر وسط یکسو کننده های پل سه فاز یکسوکننده پل سه فاز عموماً در کاربردهای توان بالا بکار می رود و در شکل 3 نشان داده شده است.

این مدار یک یکسوکننده تمام موج است.

این مدار با یا بدون ترانسفورماتور قادر به کار کردن هست و ولتاژ خروجی آن دارای ریپل شش پالسی است.

شماره دیودها به ترتیب تقدیم هدایتشان است و هر یک برای 0120 هدایت می کنند.

ترتیب هدایت دیودها 12 ، 23 ، 34 ، 45 ، 65 و 61 می باشد.

آن جفتی از دیودها که ما بین آن خطوطی از منبع قرار دارند که بالاترین مقدار ولتاژ خط به خط لحظه ای را دارند، هدایت خواهد شد.

ولتاژ خط به خط برابر ولتاژ فاز یک منبع سه فاز به اتصال Y است.

شکل موجها و زمانهای هدایت دیودها در شکل 4 نشان داده شده است.

شکل 3- یکسوکننده پل سه فاز شکل 4- شکل موجها و زمانهای هدایت دیودها طراحی مدار یکسو کننده در طراحی یک یکسو کننده باید مشخصات دیودهای نیمه رسانا را تعیین کرد.

مشخصات دیودها به طور معمول بر حسب جریان متوسط، جریان مؤثر، پیک جریان و پیک ولتاژ معکوس بیان می شوند.

روش استانداردی برای طراحی وجود ندارد، اما لازم است که شکل جریان ها و ولتاژهای دیود را مشخص کرد.

ما فهمیدیم که خروجی یکسوکننده ها شامل هارمونی می باشد.

می توان از فیلترها برای مسطح کردن ولتاژ خروجی یکسوکننده استفاده کرد و این فیلترها با نام فیلترهای dc شناخته می شوند.

فیلترهای dc به طور معمول از نوع L ، C و LC می باشند که در شکل 5 نشان داده شده اند.

در نتیجه عمل یکسو سازی جریان ورودی یکسو کننده شامل هارمونی می باشد و به یک فیلتر ac برای فیلتر کردن مقداری از هارمونی ها از منبع سیستم نیاز است.

فیلتر ac به طور معمول از نوع LC می باشد و در شکل 6 نشان داده شده است.

عموماً در طراحی فیلتر تعیین کردن اندازه و فرکانس هارمونی مورد احتیاج می باشد.

مراحل طراحی یکسوکننده ها و فیلترها با مثال توضیح داده شده اند.

شکل 5 فیلترهای dc.

شکل 6- فیلترهای ac رگولاتورهای تغییر دهنده حالت چاپرهای DC را می توان در رگولاتورهای تغییر دهنده حالت، جهت تبدیل یک ولتاژ dc معمولاً تثبیت نشده به یک ولتاژ خروجی dc تثبیت شده، بکار گرفت.

تثبیت کردن معمولاً از طریق روش مدولاسیون پهنای پالس در یک فرکانس ثابت انجام می گیرد و عنصر کلیدزنی معمولاً BJT ، MOSFET یا IGBT قدرت می باشد.

اجزاء رگولاتورهای تغییر دهنده حالت در شکل 7 الف نشان داده شده اند.

می توان دریافت که خروجی یک چاپر dc با بار مقاومتی، ناپیوسته و شامل هارمونیکها می باشد.

مقدار ریپل معمولاً با استفاده از یک فیلتر LC کاسته می شود.

رگولاتورهای تغییر دهنده به صورت مدارهای مجتمع یافت می شوند.

طراح می تواند فرکانس کلیدزنی را با انتخاب مقادیر R و C نوسان کننده فرکانسی، انتخاب کند.

به عنوان یک قانون سرانگشتی، برای حداکثر کردن بازده، حداقل دوره تناوب نوسان گر باید حدود 100 مرتبه بیشتر از زمان کلیدزنی ترانزیستور باشد.

برای مثال اگر ترانزیستوری زمان کلیدزنی برابر داشته باشد، دوره تناوب نوسان گر خواهد بود که در نتیجه حداکثر فرکانس نوسان گر 20 kHz خواهد بود.

این محدودیت ناشی از تلفات کلیدزنی ترانزیستور می باشد.

تلفات کلیدزنی ترانزیستور با فرکانس کلیدزنی، افزایش و در نتیجه بازده کاهش می یابد.

به علاوه تلفات هسته سلف ها کارکرد با فرکانس بالا را محدود می سازد.ولتاژکنترلی vc با مقایسه ولتاژ خروجی با مقدار مطلوب آن بدست می آید.

vc را می تواند با یک ولتاژ دندان اره ای vr مقایسه کردتا سیگنال کنترلی PWM برای چاپر dc تولید شود.

این عمل در شکل 7 ب نشان داده شده است.

چهار توپولوژی پایه برای رگولاتورهای تغییر دهنده وجود دارند : 1- رگولاتورهای باک 2-رگولاتورهای بوست 3- رگولاتورهای باک- بوست 4- رگولاتورهای کیوک رگولاتورهای باک در یک رگولاتور باک، مقدار متوسط ولتاژ خروجی va کمتر از ولتاژ ورودی vs است.

نمودار مدار یک رگولاتور باک که از یک BJT قدرت استفاده می کند، در شکل 8 الف نشان داده است که مشابه یک چاپر کاهش پله ای می باشد.

طرز کار مدار را می توان به دو حالت تقسیم کرد.

حالت اول هنگامی آغاز می شود که ترانزیستور Q1 در زمان t=0 روشن می شود.

جریان ورودی که صعودی می باشد، از فیلتر L، خازن فیلتر C و مقاومت بار R عبور می کند.

حالت دوم هنگامی شروع می شود که ترانزیستور Q1 در t=t1 خاموش می شود.

به خاطر وجود انرژی ذخیره شده در سلف، دیود هرزگرد Dm هدایت می کند و جریان سلف به عبور از L، C، بار و دیود Dm ادامه می دهد.

جریان سلف تا زمان روشن شدن دوباره ترانزیستور Q1 در سیکل بعدی، نزول می کند.

مدارهای معادل برای حالتها مختلف کاری در شکل 8 ب نشان داده شده اند.

شکل موجهای ولتاژها و جریان ها برای یک جریان ژیوسته در سلف L، در شکل 8 ج نشان داده شده اند.

بسته به فرکانس کلیدزنی، اندوکتانس و کاپاسیتنس فیلتر، سلف می تواند ناپیوسته باشد.

ولتاژ دو سر سلف L برابر است با : شکل7- عناثر رگولاتورهای تغییر دهنده حالت شکل 8- رگولاتور باک با جریان iL پیوسته رگولاتورهای بوست در رگولاتورهای بوست ولتاژ خروجی بیشتر ازولتاژ ورودی می باشد که به همین علت این چنین نامگذاری شده است.

یک رگولاتور بوست که از یک MOSFET قدرت است می کند در شکل 9 الف نشان داده شده است.

حالت اول با روشن شدن ترانزیستور M1 در لحظه t=0 آغاز می شود.

جریان سعودی ورودی از سلف L و ترانزیستور Q1 می گذرد.

حالت دوم هنگامی شروع می شود که ترانزیستور M1 در لحظه t=t1 خاموش می گردد.

جریانی که تا به حال از ترانزیستور عبرو می کرد، حالا از L ، C، بار و دیود Dm عبور می کند.

جریان سلف کاهش می یابد تا اینکه ترانزیستور M1 در سیکل بعد دوباره روشن گردد.

انرژی ذخیره شده در سلف L به بار منتقل می گردد.

مدارهای معادل برای حالتهای کاری در شکل 9 ب نشان داده شده است.

شکل موجهای ولتاژها و جریان ها برای حالتی که جریان بار پیوسته باشد،در شکل 9 ج نشان داده شده اند.

شکل 9- رگولاتور بوست با جریان iL پیوسته یک رگولاتور بوست می تواند بدون استفاده از ترانزیستور ماتور، ولتاژ خروجی را افزایش دهد.

به خاطر داشتن فقط یک ترانزیستور، این مدار بازده بالایی دارد.

جریان ورودی پیوسته است، گرچه جریانی با پیک بالا اجباراً از ترانزیستور قدرت عبور خواهد کرد.

ولتاژ خروجی در برابر تغییرات سیکل کاری k خیلی حساس است و پایدار کردن رگولاتور ممکن است مشکل باشد.

مقدار متوسط جریان خروجی (1-k) برابر از مقدار متوسط جریان سلف کوچکتر است و جریان مؤثر خیلی بزرگتری از خازن فیلتر عبور خواهد کرد که باعث می شود مجبور شویم از خازن فیلتر بزرگتر و سلف بزرگتری نسبت به رگولاتور باک استفاده کنیم.

رگولاتورهای باک- بوست ولتاژ خروجی یک رگولاتور باک- بوست می تواند کمتر یا بیشتر از ولتاژ ورودی آن باشد و به همین علت این چنین نامگذاری شده است.

قطبیت ولتاژ خروجی مخالف ولتاژ ورودی است.

این رگولاتور با نام رگولاتور معکوس کننده نیز شناخته می شود.

مدار یک رگولاتور باک- بوست در شکل 10 الف نشان داده شده است.