Quang điện trở là gì? Cấu tạo & nguyên lý hoạt động (NÊN XEM)

Ngày nay, quang điện trở được ứng dụng rộng rãi trong các mạch điện tử tự động (auto), đặc biệt là các mạch xác định sáng/tối để bật/tắt thiết bị, hay còn gọi là cảm biến ánh sáng. Vậy cụ thể quang điện trở là gì? Thiết bị này có cấu tạo như thế nào? Chúng được ứng dụng cụ thể ra sao? Cùng Mecsu tìm hiểu ngay nhé!

1. (LDR) Quang điện trở là gì?

Quang điện trở (tên tiếng Anh: Photoresistor hoặc Light Dependent Resistor, viết tắt là LDR) là một loại linh kiện điện tử đặc biệt. Về bản chất, nó là một loại điện trở mà giá trị của nó thay đổi phụ thuộc vào cường độ ánh sáng chiếu vào nó.

Đặc điểm hoạt động cốt lõi của quang trở là:

• Khi không có ánh sáng (trong bóng tối), điện trở của nó rất cao (có thể lên đến vài Mega Ôm - MΩ).
• Khi có ánh sáng chiếu vào (càng mạnh), điện trở của nó giảm xuống rất thấp (có thể chỉ còn vài trăm Ôm - Ω).

Hoạt động này dựa trên hiện tượng quang điện trong (hay còn gọi là hiệu ứng quang dẫn).

Về ký hiệu trên mạch điện, quang điện trở thường được biểu diễn bằng ký hiệu của điện trở thông thường (hình chữ nhật hoặc ziczac) và có thêm hai mũi tên chỉ ánh sáng đi vào. Ký hiệu chữ cái trên mạch thường là R, PR (Photoresistor) hoặc LDR.

(Lưu ý: Ví dụ về ký hiệu 5k8 hay R4 trong bài gốc là cách đọc giá trị của điện trở thông thường theo tiêu chuẩn IEC 60062, không phải là ký hiệu riêng của quang trở).

→ Cấu tạo của quang điện trở

Quang điện trở có cấu tạo khá đơn giản:

• Chất quang dẫn: Đây là thành phần chính, là một lớp màng mỏng làm từ vật liệu bán dẫn nhạy cảm với ánh sáng (chất quang dẫn). Vật liệu phổ biến nhất để làm LDR cho ánh sáng khả kiến là Cadmium Sulphide (CdS). Các vật liệu khác như Cadmium Selenide (CdSe), Lead Sulfide (PbS), Indium Antimonide (InSb) có thể được dùng cho các ứng dụng nhạy với hồng ngoại.
• Điện cực kim loại: Lớp chất quang dẫn (thường có dạng hình ziczac lượn sóng để tăng diện tích tiếp xúc) được đặt lên một đế cách điện (như gốm). Hai đầu của dải ziczac này sẽ được kết nối với hai màng kim loại.
• Chân kết nối: Hai chân kim loại (đầu cực) được hàn vào hai màng kim loại đó để dẫn điện ra ngoài.
• Vỏ bảo vệ: Toàn bộ phần chất quang dẫn và điện cực thường được phủ một lớp vỏ trong suốt (như nhựa epoxy) để bảo vệ khỏi bụi bẩn, độ ẩm và va đập, đồng thời cho ánh sáng đi qua.

→ Nguyên lý hoạt động của điện trở quang

Nguyên lý hoạt động của quang điện trở dựa trên hiệu ứng quang dẫn (Photoconductivity):

• Khi ở trong bóng tối: Chất bán dẫn CdS (hoặc chất quang dẫn khác) có rất ít các hạt tải điện tự do (electron). Do đó, nó dẫn điện rất kém, khiến cho điện trở của LDR lúc này rất cao (vài MΩ).
• Khi có ánh sáng chiếu vào: Các photon ánh sáng có đủ năng lượng sẽ va đập vào các nguyên tử của chất bán dẫn, cung cấp năng lượng cho các electron ở liên kết, làm chúng bứt ra thành các electron tự do (và tạo ra các lỗ trống). Hiện tượng này làm tăng đột ngột mật độ các hạt tải điện tự do trong chất bán dẫn.
• Kết quả là chất bán dẫn trở nên dẫn điện tốt hơn nhiều, làm cho điện trở của LDR giảm xuống. Ánh sáng chiếu vào càng mạnh thì càng có nhiều hạt tải điện được tạo ra, và điện trở càng giảm thấp.

→ Làm sao nhận biết quang trở điện còn hoạt động hay không?

Để kiểm tra xem một quang điện trở còn "sống" hay đã hỏng, anh em có thể dùng đồng hồ vạn năng (VOM) một cách dễ dàng:

1. Bước 1: Chuyển đồng hồ VOM về thang đo điện trở (Ôm - Ω). Chọn một thang đo lớn (ví dụ: 2MΩ hoặc 20MΩ).
2. Bước 2: Đặt 2 que đo của đồng hồ VOM vào 2 chân của quang điện trở (không cần phân biệt cực).
3. Bước 3: Dùng tay hoặc một vật tối màu che kín bề mặt của quang trở (không cho ánh sáng lọt vào). Quan sát đồng hồ, kim VOM (hoặc số hiển thị) phải chỉ một giá trị điện trở rất lớn (vài MΩ hoặc vô cùng).
4. Bước 4: Để ánh sáng (từ đèn phòng hoặc đèn pin) chiếu thẳng vào bề mặt quang trở. Quan sát đồng hồ, giá trị điện trở phải giảm xuống rất thấp (có thể vài kΩ hoặc vài trăm Ω, tùy loại quang trở và cường độ sáng).

Nếu anh em thấy giá trị điện trở thay đổi rõ rệt giữa lúc bị che tối và lúc được chiếu sáng thì quang trở đó còn hoạt động tốt. Nếu giá trị luôn ở mức rất cao (hở mạch) hoặc luôn ở mức rất thấp (chập mạch) dù có thay đổi ánh sáng, thì nó đã bị hỏng.

2. Quang trở được ứng dụng như thế nào?

Nhờ đặc tính thay đổi điện trở theo ánh sáng, quang điện trở LDR được ứng dụng rất rộng rãi trong các mạch cảm biến ánh sáng đơn giản, giá rẻ. Dưới đây là hai ví dụ điển hình:

→ Ứng dụng trong mạch báo động (chống trộm)

Trong mạch báo động đơn giản, quang trở có thể được dùng để phát hiện sự thay đổi ánh sáng (ví dụ: có người đi qua làm gián đoạn một chùm sáng cố định, hoặc phát hiện có ánh đèn pin trong bóng tối).

Ví dụ trong một mạch dùng SCR (hoặc Transistor) để kích hoạt còi báo động:

• Trường hợp có ánh sáng chiếu vào (bình thường): Quang trở (LDR) có điện trở nhỏ. Cầu phân áp (giữa LDR và điện trở khác) tạo ra điện áp tại cực G (Gate) của SCR thấp, không đủ để kích hoạt SCR. Còi báo động (tải) không kêu.
• Trường hợp không có ánh sáng (bị che khuất): Quang trở có điện trở tăng vọt lên rất cao. Điện áp tại cực G của SCR tăng lên (do cầu phân áp thay đổi), đủ để kích hoạt SCR. SCR dẫn điện, cho dòng điện chạy qua tải (còi báo động), làm còi kêu.

→ Ứng dụng trong hệ thống đèn điện tự động bật/tắt ban đêm

Đây là ứng dụng phổ biến nhất của LDR, dùng để làm đèn đường, đèn cổng, đèn ngủ tự động bật khi trời tối và tắt khi trời sáng.

Nguyên lý cũng tương tự mạch báo động (thường dùng Transistor hoặc Triac để đóng/ngắt tải AC 220V):

• Ban ngày (có ánh sáng): Quang trở LDR có điện trở nhỏ. Điện áp tại cực điều khiển (ví dụ: cực B của Transistor hoặc cực G của Triac) ở mức thấp, không đủ để kích hoạt. Transistor/Triac không dẫn điện, đèn không sáng.
• Ban đêm (không có ánh sáng): Quang trở LDR có điện trở tăng lên rất cao. Điện áp tại cực điều khiển tăng lên, đủ để kích hoạt. Transistor/Triac dẫn điện, cấp nguồn cho bóng đèn, làm đèn sáng lên.

MUA NGAY HÀNG CÔNG NGHIỆP CÓ SẴN - GIAO NGAY TẠI MECSU

Tham khảo thêm tại Mecsu

>>> 100+ Mã Sản Phẩm Dây Rút: https://mecsu.vn/san-pham/day-rut-nhua.5op

>>> 1000+ Mã Sản Phẩm Đầu Cosse: https://mecsu.vn/san-pham/dau-cosse.Q1j

Mời anh em đọc thêm bài viết khác:

•  Tia lửa điện là gì? Cách tạo ra tia lửa điện đơn giản
•  IC 555 là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
•  Cảm biến tiệm cận là gì? Đặc điểm & Nguyên lý hoạt động

Trên là những thông tin cơ bản và quan trọng nhất liên quan đến quang điện trở (LDR). Hy vọng qua những nội dung được đề cập trong bài, anh em có thể hiểu rõ hơn về linh kiện thú vị này và vận dụng vào các mạch điện tử thực tế một cách hiệu quả. Theo dõi Mecsu để cập nhật thêm nhiều thông tin kỹ thuật mới nhất và chọn mua các phụ kiện – linh kiện cơ khí, điện tử chính hãng từ các nhà cung cấp uy tín nhé!