Quang điện trở là gì? Cấu tạo, nguyên lý, cách đo và ứng dụng

Trên các loại thiết bị máy móc bị ảnh hưởng, tác động bởi ánh sáng thường có một cảm biến có tên là quang trở. Vậy quang điện trở là gì? Cấu tạo như thế nào và nguyên lý hoạt động ra sao? Để hiểu hơn về linh kiện này, hãy cùng TKTech tìm hiểu những thông tin quan trọng ở bài viết dưới đây.

Quang điện trở là gì?

Quang trở còn có những tên gọi khác như là điện trở quang, photoresistor, photocell. Quang trở (LDR) là một điện trở được làm bằng chất quang dẫn. Nó có thể thay đổi giá trị theo cường độ ánh sáng. Hay nói cách khác, quang điện trở là một linh kiện được tạo bằng chất đặt biệt, có thể biến đổi khi có ánh sáng chiếu vào. Khi cường độ ánh sáng tăng lên sẽ làm các electron tự do tăng theo. Điều này mang ý nghĩa là độ tăng của quang điện trở càng cao thì sẽ làm giảm mức điện trở của vật liệu xuống.

Ngày nay, quang điện trở thường được dùng trong các mạch cảm biến ánh sáng, đèn đường, đồng hồ ngoài trời, báo động ánh sáng… Quang trở có 2 kiểu hiệu phổ biến:

Người ta ký hiệu LDR dựa trên biểu tượng một điện trở được bao quanh bằng một vòng tròn. Trong ký hiệu của quang trở có hai mũi tên chiếu vào để biểu thị sự thay đổi theo ánh sáng.

Cấu tạo của quang điện trở

Quang điện trở được làm từ chất bán dẫn, có đặc điểm là điện trở giảm đi khi ánh sáng chiếu vào. Về cấu tạo, quang trở gồm hai bộ phận chính:

Phần dưới: Các màng kim loại được liên kết với nhau thông qua các đầu cực.

Phần trên: Các linh kiện được tiếp xúc tối đa với hai màng kim loại. Linh kiện được đặt trong hộp nhựa để tăng cao khả năng tiếp xúc với ánh sáng. Đồng thời nắm bắt được sự biến đổi của cường độ ánh sáng.

Mặc dù là một linh kiện bán dẫn nhưng điện trở quang không có lớp chuyển tiếp P-N. Nguyên liệu chính cấu tạo nên nó là chất Cadmium Sulphide (CdS). Ngoài ra, người ta còn sử dụng các vật liệu hỗn hợp giữa 2 nguyên tố nhóm 3 và nhóm 5 trong Bảng tuần hoàn hóa học để tạo quang trở. Ví dụ như: CdSe(Selenit Cadmi), ZnS…

Nguyên lý hoạt động của quang điện trở là gì?

Quang trở hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện trong khối vật chất nhất định:

– Khi có ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn: lúc này sẽ xuất hiện các hạt điện tử tự do khiến sự dẫn điện tăng lên. Đồng thời nó 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.

Hay nói cách khác, khi ánh sáng chiếu lên các quang điện trở sẽ giúp các hạt phân tử điện thành tự do. Khi đó, các hạt này sẽ dẫn điện làm tăng khả năng dẫn điện cho thiết bị, làm giảm mức điện trở xuống.

Nhận xét ưu và nhược điểm của quang điện trở là gì? 

Bên cạnh khả năng làm giảm mức điện trở của các thiết bị một cách hiệu quả. Quang điện trở còn có ưu điểm là giá thành rẻ, giúp tiết kiệm chi phí cho các mạch điện ứng dụng linh kiện này. Bên cạnh đó, quang trở rất đa dạng về kích thước, có nhiều kích cỡ khác nhau để phù hợp với nhiều loại bo mạch, thiết bị.

Kích thước phổ biến của quang trở có đường kính mặt là 10mm. Một ưu điểm nữa là năng lượng tiêu thụ và điện áp hoạt động của quang điện trở khá nhỏ.

Tuy nhiên, quang trở có nhược điểm là thời gian phản hồi chậm nên độ chính xác sẽ không cao. Thời gian phản hồi của quang trở nằm trong khoảng từ hàng chục cho đến hàng trăm mili giây.

Hướng dẫn cách đo quang điện trở chính xác

Đê thực hiện đo và kiểm tra quang trở, bạn sử dụng thiết bị đồng hồ vạn năng. Bạn nên tìm hiểu và lựa chọn sử dụng những mẫu vạn năng kế có chức năng đo điện trở. Ví dụ như đồng hồ vạn năng Hioki DT4256, Hioki 3030-10, đồng hồ vạn năng Kyoritsu 1009, Kyoritsu 1109S, Kyoritsu 1018H… Đây sẽ là thiết bị hỗ trợ bạn kiểm tra quang điện trở một cách chính xác và an toàn nhất.

Trên thực tế, người ta thực hiện đo quang trở bằng 3 phương pháp với thao tác đơn giản như sau:

Cách đo quang trở số 1 – Quang điện trở là gì và đo như thế nào

Bước 1: Khởi động đồng hồ vạn năng sau đó chọn thang đo điện trở

Bước 2: Kết nối chân của hai que đo lên hai jack cắm của đồng hồ vạn năng. Chân que đo màu đỏ cắm vào jack chân COM trên thân đồng hồ. Còn chân que đo màu đen thì cắm vào chân màu đen trên thân đồng hồ. Sau đó tiến hành chạm đầu của hai que đo và quang điện trở.

Bước 3: Đọc kết quả hiển thị trên màn hình. Khi kết quả điện trở thay đổi tức là quang trở vẫn hoạt động ổn định. Nếu điện trở không hoạt động thì quang trở có thể đã bị hỏng.

Cách đo quang điện trở số 2

Bạn cần chuẩn bị bộ dụng cụ gồm: đồng hồ vạn năng, quang trở, điện trở 10K, nguồn điện 5V. Sau đó, tiến hành nối các thiết bị trên như hình minh họa sau:

Đây là mạch điện theo phương pháp điện trở kéo lên. Sau khi kết nối xong, bạn cấp nguồn cho mạch điện. Khi nguồn sáng tăng lên thì điện áp sẽ giảm. Ngược lại, khi nguồn sáng giảm thì điện áp sẽ tăng lên. Nếu bạn kết quả đo đúng như vậy, quang điện trở vẫn hoạt động bình thường.

Cách đo quang điện trở số 3 – Quang điện trở là gì và đo như thế nào 

Chuẩn bị các dụng cụ sau: điện quang trở, điện trở 10K (3), một nguồn điện 5V DC, điện trở 100 Ohm (2), 01 đèn Led xanh, 01 đèn Led đỏ, transistor PNP, transistor NPN. Sau đó thực hiện nối mạch điện như hình minh họa dưới đây:

Sau khi cấp nguồn điện, nguồn sáng tăng thì đèn Led xanh sẽ bật. Nguồn sáng giảm thì đèn Led đỏ sẽ bật. Nếu kết quả như vậy thì quang điện trở vẫn còn tốt, nếu không thì LDR đã bị hỏng.

Lưu ý: để tiện lợi và cho kết quả phép đo nhanh chóng, chính xác thì bạn nên chọn cách kiểm tra quang điện trở bằng đồng hồ vạn năng.

Những ứng dụng của quang điện trở là gì?

Hiện nay, có rất nhiều công việc đo đạc cần phải ứng dụng quang điện trở để mang lại hiệu quả tốt. Một số ứng dụng của quang điện trở trong thực tế phải kể đến:

– Sử dụng quang điện trở trong hệ thống đèn đường: tự động tắt khi trời sáng và bật khi trời tối

– Ứng dụng quang điện trở trong các cảm biến ánh sáng, radio đồng hồ, máy dò hồng ngoại…

– Ứng dụng quang điện trở trong việc theo dõi an ninh trật tự xã hội. Là linh kiện trong các thiết bị cảnh báo an toàn như camera chống trộm, thiết bị báo động…

Một số mạch điện ứng dụng quang điện trở là gì?

Nhằm giúp bạn có thêm nhiều thông tin về loại linh kiện này. Hãy cùng tham khảo một số mạch điện ứng dụng quang trở là gì nhé!

Mạch tắt/mở đèn tự động ứng dụng quang điện trở

Cách thức hoạt động của mạch điện này như sau:

– Khi có ánh sáng chiếu vào LDR, điện trở của LDR sẽ bị giảm xuống. Lúc này điện thế ở chân +input (chân 3) của LM358 cũng bị giảm xuống.

– Khi không có ánh sáng hoặc ánh sáng chiếu vào quang trở yếu: điện trở của LDR tăng lên. Điều này làm cho điện thế ở chân +input (chân 3) của LM358 cũng tăng lên.

– Điện thế ở -input (chân 2) và +input (chân 3) của thiết bị LM358 luôn được so sánh với nhau. Mục đích là để xuất ra điện áp ở chân output (chân 1). Khi điện áp ở +input lớn hơn –input, điện áp output sẽ ở mức cao. Giúp cho transistor dẫn, relay được kích hoạt, đèn được cấp điện 220VAC và sáng lên. Ngược lại, điện áp ở output sẽ ở mức thấp làm đèn tắt.

Bạn có thể điều chỉnh độ nhạy của mạch bằng cách chỉnh lại giá trị của biến trở VR để làm tăng hay giảm điện áp ở chân -input.

Mạch báo động ứng dụng quang điện trở là gì?

Khi có ánh sáng chiếu vào, điện trở của LDR có giá trị thấp. Lúc này, chân 2 của IC1 được giữ ở mức cao, đầu ra của chân 3 ở mức thấp. Khi chùm ánh sáng bị ngắt thì điện trở của quang điện lại tăng cao.

Đồng thời khi đó, một xung âm được kích vào chân số 2 và IC1. Nó sẽ tạo ra một xung vuông có độ rộng khoảng 10 giây ở chân 3. Tín hiệu xung ở ngõ ra của IC1 được chuyển cho mạch dao động đa hài dùng IC2. Mạch báo động sẽ phát tín hiệu cảnh báo qua loa trong khoảng 10 đến 11 giây.

Trên đây là những thông tin giúp bạn hiểu được quang điện trở là gì. Hy vọng qua đây, bạn biết được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của quang trở. Để từ đó có cách đo và ứng dụng quang trở hữu ích nhất. Nếu cần tìm mua đồng hồ vạn năng để đo LDR thì liên hệ ngay TKTech nhé!