Những điều cần biết về Quang trở
1. Quang trở là gì?
2. Nguyên lý hoạt động của Quang trở
3. Phân loại Quang trở
4. Ứng dụng của quang trở
5. Ưu nhược điểm của quang trở
1. Quang trở là gì?
Quang trở (photoresistor hay photocell) còn được gọi là điện trở quang là một linh kiện điện tử có điện trở phụ thuộc ánh sáng chiếu vào nó. Đây một linh kiện điện tử nhạy cảm với ánh sáng. Khi có ánh sáng chiếu vào nó, thì điện trở sẽ thay đổi. Giá trị điện trở của quang trở giảm khi mức độ ánh sáng tăng lên và ngược lại. Vì lý do này, chúng còn được gọi là điện trở phụ thuộc vào ánh sáng, viết tắt là LDR (Light Dependent Resistor).
Ký hiệu quang trở:
Hình bên dưới cho thấy hình dạng thực tế và ký hiệu của quang trở được sử dụng trong các mạch điện tử. Ký hiệu cho biết đây là một linh kiện có giá trị điện trở phụ thuộc vào ánh sáng chiếu vào nó.
Một điện trở quang được cấu tạo từ vật liệu bán dẫn nhạy cảm với ánh sáng, thông thường là Cadmium Sulphide (CdS). Vật liệu này được phủ trên một chất nền cách điện như gốm theo hình zig-zag để có được giá trị điện trở và công suất mong muốn.
Phần còn lại là các tiếp xúc (chân) kim loại được gắn kết ở hai bên của vùng phía trên. Điện trở của 2 chân kim loại này phải càng nhỏ càng tốt để đảm bảo rằng điện trở chủ yếu thay đổi do tác dụng của ánh sáng.
Toàn bộ cấu trúc được đặt trong một vỏ nhựa để có thể giúp tiếp xúc được với ánh sáng và cảm nhận được sự thay đổi của cường độ ánh sáng.
Phần còn lại là các tiếp xúc (chân) kim loại được gắn kết ở hai bên của vùng phía trên. Điện trở của 2 chân kim loại này phải càng nhỏ càng tốt để đảm bảo rằng điện trở chủ yếu thay đổi do tác dụng của ánh sáng.
Toàn bộ cấu trúc được đặt trong một vỏ nhựa để có thể giúp tiếp xúc được với ánh sáng và cảm nhận được sự thay đổi của cường độ ánh sáng.
2. Nguyên lý hoạt động của Quang trở
Nguyên lý hoạt động của quang điện trở dựa vào hiện tượng quang điện trong. Cụ thể, cách hoạt động của LDR như sau:
- Khi có ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn: Lúc này sẽ xuất hiện các hạt điện tử tự do. Chúng sẽ khiến sự dẫn điện tăng lên, làm giảm điện trở của chất bán dẫn. Nếu bạn nối vào mạch điện thì mạch sẽ nối tắt và ngắn mạch.
- Khi không có ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn: nội trở của chất bán dẫn sẽ tăng dẫn đến vô cùng. Nếu bạn có nối vào mạch điện thì sẽ hở mạch.
Nguyên lý hoạt động của quang điện trở dựa vào hiện tượng quang điện trong. Cụ thể, cách hoạt động của LDR như sau:
- Khi có ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn: Lúc này sẽ xuất hiện các hạt điện tử tự do. Chúng sẽ khiến sự dẫn điện tăng lên, làm giảm điện trở của chất bán dẫn. Nếu bạn nối vào mạch điện thì mạch sẽ nối tắt và ngắn mạch.
- Khi không có ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn: nội trở của chất bán dẫn sẽ tăng dẫn đến vô cùng. Nếu bạn có nối vào mạch điện thì sẽ hở mạch.
3. Phân loại Quang trở
Điện trở quang được phân loại thành hai loại dựa trên vật liệu được sử dụng để chế tạo ra chúng:
Quang trở thuần khiết
Điện trở quang thuần khiết được làm từ các vật liệu bán dẫn thuần khiết như Silicon hoặc Germani.
Khi chúng ta chiếu năng lượng ánh sáng vào điện trở quang thuần khiết, chỉ một số nhỏ các electron hóa trị nhận đủ năng lượng tách khỏi nguyên tử và trở thành electron tự do. Do đó, một số lượng nhỏ hạt mang điện tích được tạo ra. Kết quả là, chỉ có một dòng điện nhỏ chạy qua điện trở quang thuần khiết.
Chúng ta đã biết rằng dòng điện tăng lên có nghĩa là điện trở giảm. Trong các quang trở thuần khiết, điện trở giảm nhẹ khi năng lượng ánh sáng tăng lên. Do đó, các điện trở quang thuần khiết ít nhạy cảm hơn với ánh sáng. Vì vậy, chúng không đáng tin cậy cho các ứng dụng thực tế.
Quang trở tạp chất
Quang trở tạp chất được làm từ vật liệu bán dẫn tạp chất.
Trong các quang trở tạp chất, chúng ta đã có một số lượng lớn các hạt mang điện tích. Do đó, chỉ cần cung cấp một lượng nhỏ năng lượng ánh sáng sẽ tạo ra một số lượng lớn hạt tải điện. Tức là cường độ dòng điện tăng nhanh.
Dòng điện tăng có nghĩa là điện trở giảm. Do đó, điện trở của quang điện trở tạp chất giảm nhanh khi năng lượng ánh sáng chiếu vào tăng lên một chút. Các điện trở quang tạp chất đáng tin cậy cho các ứng dụng thực tế.
Điện trở quang được phân loại thành hai loại dựa trên vật liệu được sử dụng để chế tạo ra chúng:
Quang trở thuần khiết
Điện trở quang thuần khiết được làm từ các vật liệu bán dẫn thuần khiết như Silicon hoặc Germani.
Khi chúng ta chiếu năng lượng ánh sáng vào điện trở quang thuần khiết, chỉ một số nhỏ các electron hóa trị nhận đủ năng lượng tách khỏi nguyên tử và trở thành electron tự do. Do đó, một số lượng nhỏ hạt mang điện tích được tạo ra. Kết quả là, chỉ có một dòng điện nhỏ chạy qua điện trở quang thuần khiết.
Chúng ta đã biết rằng dòng điện tăng lên có nghĩa là điện trở giảm. Trong các quang trở thuần khiết, điện trở giảm nhẹ khi năng lượng ánh sáng tăng lên. Do đó, các điện trở quang thuần khiết ít nhạy cảm hơn với ánh sáng. Vì vậy, chúng không đáng tin cậy cho các ứng dụng thực tế.
Quang trở tạp chất
Quang trở tạp chất được làm từ vật liệu bán dẫn tạp chất.
Trong các quang trở tạp chất, chúng ta đã có một số lượng lớn các hạt mang điện tích. Do đó, chỉ cần cung cấp một lượng nhỏ năng lượng ánh sáng sẽ tạo ra một số lượng lớn hạt tải điện. Tức là cường độ dòng điện tăng nhanh.
Dòng điện tăng có nghĩa là điện trở giảm. Do đó, điện trở của quang điện trở tạp chất giảm nhanh khi năng lượng ánh sáng chiếu vào tăng lên một chút. Các điện trở quang tạp chất đáng tin cậy cho các ứng dụng thực tế.
4. Ứng dụng của quang trở
Cảm biến quang (LDR) có giá thành thấp, cấu tạo đơn giản và thường được sử dụng làm cảm biến ánh sáng. Các ứng dụng khác của quang trở bao gồm:
- Phát hiện sự vắng mặt hoặc sự hiện diện của ánh sáng như trong đồng hồ đo ánh sáng của camera
- Được sử dụng trong thiết kế chiếu sáng đường phố
- Đồng hồ báo thức
- Mạch báo trộm
- Máy đo cường độ ánh sáng
- Được sử dụng như một phần của hệ thống SCADA để thực hiện các chức năng như đếm số lượng gói hàng trên băng chuyền chuyển động
Cảm biến quang (LDR) có giá thành thấp, cấu tạo đơn giản và thường được sử dụng làm cảm biến ánh sáng. Các ứng dụng khác của quang trở bao gồm:
- Phát hiện sự vắng mặt hoặc sự hiện diện của ánh sáng như trong đồng hồ đo ánh sáng của camera
- Được sử dụng trong thiết kế chiếu sáng đường phố
- Đồng hồ báo thức
- Mạch báo trộm
- Máy đo cường độ ánh sáng
- Được sử dụng như một phần của hệ thống SCADA để thực hiện các chức năng như đếm số lượng gói hàng trên băng chuyền chuyển động
5. Ưu nhược điểm của quang trở
Ưu điểm của quang trở
Quang điện trở có giá thành rẻ, bạn có thể dễ dàng sở hữu các thiết bị quang điện trở với chi phí thấp.
Quang trở có nhiều kiểu dáng, đa dạng về kích thước. Sản phẩm có thể sử dụng cho nhiều bo mạch khác nhau. Kích thước phổ biến của LDR có đường kính mặt là 10mm.
Năng lượng tiêu thụ và điện áp hoạt động của quang trở nhỏ.
Nhược điểm của quang trở
Thời gian phản hồi của quang điện trở khá chậm. Vậy nên độ chính xác của nó không cao. Thực tế, thời gian phản hồi của quang điện trở nằm trong phạm vi từ hàng chục đến hàng trăm mili giây.
Ưu điểm của quang trở
Quang điện trở có giá thành rẻ, bạn có thể dễ dàng sở hữu các thiết bị quang điện trở với chi phí thấp.
Quang trở có nhiều kiểu dáng, đa dạng về kích thước. Sản phẩm có thể sử dụng cho nhiều bo mạch khác nhau. Kích thước phổ biến của LDR có đường kính mặt là 10mm.
Năng lượng tiêu thụ và điện áp hoạt động của quang trở nhỏ.
Nhược điểm của quang trở
Thời gian phản hồi của quang điện trở khá chậm. Vậy nên độ chính xác của nó không cao. Thực tế, thời gian phản hồi của quang điện trở nằm trong phạm vi từ hàng chục đến hàng trăm mili giây.
