Quang trở là gì?
Quang điện trở (LDR: Light-dependent resistor), hay là quang trở, điện trở quang, photoresistor, và photocell, là một loại điện trở được cấu tạo từ các chất quang dẫn. Thiết bị là cảm biến hoạt động dựa trên nguyên lý quang dẫn vật chất với khả năng thay đổi giá trị theo cường độ ánh sáng.
Có thể nói, điện trở quang là một thành phần chuyên dụng có khả năng thay đổi dựa trên ánh sáng. LDR thường sử dụng phổ biến trong các mạch cảm biến ánh sáng, đèn đường, đồng hồ ngoài trời, báo động ánh sáng,…
Ký hiệu quang điện trở
Có hai cách đánh dấu quang điện trở khi thiết kế mạch điện. Bên dưới đây là hai cách đánh dấu phổ biến nhất cho quang trở.
LDR được ký hiệu dựa trên hình ảnh một điện trở được bọc bởi một vòng tròn. Ký hiệu của quang trở có hai mũi tên chiếu vào để biểu thị sự thay đổi giá trị theo ánh sáng.
Cấu tạo quang điện trở
Cấu tạo quang điện trở gồm hai phần chính: Cụ thể
Phần dưới: Các màng kim loại được nối với nhau bằng các đầu cực.
Phần trên: Các linh kiện tiếp xúc hai màng kim loại của phần dưới. Chúng được đặt trong hộp nhựa nhằm mục đích chính là tăng khả năng tiếp tiếp xúc với ánh sáng và giúp cảm biến có sự thay đổi cường độ ánh sáng.
Điện trở quang là một linh kiện bán dẫn không đính kèm các lớp chuyển tiếp P-N. Nguyên liệu chính được sử dụng cấu thành LDR là chất Cadmium Sulphide (CdS). Thêm vào đó có thể sử dụng các vật liệu hỗn hợp giữa hai nguyên tố nhóm 3 và nhóm 5 trong bảng tuần hoàn hoá học nhằm tạo ra chất quang dẫn CdSe (Selenit Cadmi), ZnS, …
Nguyên lý hoạt động của quang trở
Quang trở là gì? Quang trở được cấu thành từ chất bán dẫn với trở kháng rất cao và không có tiếp giáp. Trong điều kiện thiếu ánh sáng, quang trở có điện trở lên đến vài MΩ. Khi có ánh sáng chiếu vào, điện trở của nó có thể giảm xuống mức vài trăm Ω.
Cơ chế hoạt động của quang trở dựa trên hiệu ứng quang điện trong vật chất. Khi photon có đủ năng lượng chạm vào chất bán dẫn, các electron trong phân tử sẽ bị giải phóng và trở thành electron tự do trong chất, khiến nó trở thành dẫn điện. Mức độ dẫn điện của quang trở phụ thuộc vào lượng photon được hấp thụ.
Khi ánh sáng chiếu vào quang trở, các electron sẽ được giải phóng và độ dẫn điện cũng sẽ tăng lên nhanh chóng. Tuy nhiên, phản ứng của quang trở với các loại sóng photon khác nhau sẽ phụ thuộc vào chất bán dẫn được sử dụng.
Ưu nhược điểm của quang trở
Bất cứ linh kiện điện tử nào cũng có ưu nhược điểm. Với quang điện trở ưu nhược điểm cụ thể là:
Ưu điểm của quang trở là gì?
- Quang trở rất phổ biến do có giá thành rẻ, với chi phí thấp bạn có thể dễ dàng sở hữu các thiết bị này.
- Đa dạng về kiểu dáng và kích thước, quang trở phù hợp cho nhiều bo mạch khác nhau. Kích thước thông thường của LDR có đường kính mặt là 10mm.
- Năng lượng tiêu thụ và điện áp hoạt động của quang trở rất nhỏ.
Nhược điểm của quang trở
- Quang điện trở có thời gian phản hồi khá chậm, do đó độ chính xác của nó không cao. Thực tế, thời gian phản hồi của quang điện trở thường từ vài chục đến vài trăm mili giây.
Một số mạch điện ứng dụng quang trở
Dưới đây là một số mạch điện hệ thống có sử dụng mạch điện ứng dụng quang trở.
Mạch tắt/mở đèn tự động ứng dụng quang điện trở
Khi ánh sáng chiếu vào LDR, điện trở của nó giảm và điện thế tại chân +input (chân 3) của LM358 cũng giảm theo.
Ngược lại, khi không có ánh sáng hoặc ánh sáng yếu chiếu vào LDR, điện trở của nó tăng, làm tăng điện thế tại chân +input (chân 3) của LM358.
Điện thế tại -input (chân 2) và +input (chân 3) của LM358 được so sánh với nhau để đưa ra điện áp tại chân output (chân 1). Khi điện áp tại +input lớn hơn -input, điện áp output sẽ ở mức cao, kích hoạt transistor, relay và cấp điện cho đèn 220VAC để sáng. Khi ngược lại, điện áp tại output sẽ ở mức thấp, làm tắt đèn.
Độ nhạy của mạch có thể điều chỉnh bằng cách điều chỉnh giá trị của biến trở VR để làm tăng hoặc giảm điện áp tại chân -input.
Mạch báo động ứng dụng quang trở là gì?
Khi ánh sáng chiếu lên quang trở, điện trở sẽ giảm và điện áp cổng của SCR cũng giảm, không đủ để kích hoạt SCR. Khi không có ánh sáng, giá trị R của quang trở sẽ tăng, khiến điện áp cổng SCR tăng, và SCR sẽ dẫn điện. Dòng điện qua tải sẽ kích hoạt mạch báo động.
Cách đo quang trở bằng đồng hồ vạn năng
Một số phương pháp đo quang trở bằng đồng hồ vạn năng như sau:
Cách đo quang trở số 1
Bước 1: Bật đồng hồ vạn năng và xoay mặt số sang chế độ đo điện trở.
Bước 2: Kết nối đồng hồ vạn năng với điện trở quang.
Bước 3: Quan sát kết quả đo. Chúng ta biết rằng giá trị điện trở sẽ thay đổi theo các cường độ ánh sáng khi vận hành. Trường hợp giá trị điện trở thay đổi theo cường độ ánh sáng thì quang điện trở còn hoạt động tốt. Trường hợp điện trở không biến thiên theo cường độ ánh sáng thì LDR bị hỏng.
Cách kiểm tra quang trở số 2
Các dụng cụ cần chuẩn bị để kiểm tra điện trở bao gồm: đồng hồ vạn năng, quang trở, điện trở 10K và nguồn điện 5V.
Bạn cần nối các thiết bị như hình vẽ. Đây là mạch điện theo phương pháp điện trở kéo lên. Sau khi hoàn tất việc nối các thiết bị, bạn tiếp tục cấp nguồn cho mạch điện.
Khi ánh sáng tăng lên, điện trở sẽ giảm. Ngược lại, khi ánh sáng giảm, điện trở sẽ tăng lên. Trường hợp kết quả đo là như vậy, thì quang trở vẫn đang hoạt động bình thường.
Cách kiểm tra quang điện trở số 3
Các dụng cụ để đo điện trở bao gồm: quang điện trở, điện trở 10K (3), nguồn điện DC 5V, điện trở 100 Ohm (2), 01 đèn LED màu xanh, 01 đèn LED màu đỏ, transistor PNP và transistor NPN.
Tiến hành kết nối mạch điện theo đúng yêu cầu bản vẽ. Khi cấp nguồn điện, nếu nguồn sáng tăng thì đèn LED xanh sẽ sáng. Trường hợp nguồn sáng giảm thì đèn LED đỏ sẽ sáng. Ngược lại nếu kết quả như vậy thì quang điện trở vẫn hoạt động tốt, Còn LDR đã bị hỏng.
Ứng dụng của quang điện trở là gì
- Quang điện trở được sử dụng rộng rãi trong các cảm biến ánh sáng của các thiết bị điện tử hiện đại như điện thoại thông minh, máy tính xách tay, máy tính bảng, v.v…
- Linh kiện được áp dụng trong các mạch dò sáng tối, LDR được sử dụng làm cảm biến nhạy sáng giúp kiểm soát đèn chiếu sáng.
- Ở lĩnh vực thiên văn học và phổ hồng ngoại, LDR được sử dụng trong thành phần cấu tạo bảng photocell hay cảm biến ảnh.
- Các ứng dụng khác của quang điện trở là trong việc giám sát an ninh và cảnh báo an toàn, chẳng hạn như các thiết bị camera chống trộm và hệ thống báo động.
Trên đây Tuấn Hưng Phát đã tổng hợp toàn bộ các thông tin chi tiết về quang trở là gì và ứng dụng của linh kiện trong thực tiễn như thế nào? Nếu mọi người cần tìm hiểu cụ thể các sản phẩm nào sử dụng loại linh kiện này cùng theo dõi Tuấn Hưng Phát để có thêm những tin tức cập nhật nhé.
