Quang trở là gì? Nguyên lý hoạt động, ứng dụng của quang trở

Quang trở là gì?

Quang trở hay còn được gọi là điện trở quang, photoresistor, photocell là một thành phần được làm bằng vật liệu đặc biệt có thể thay đổi điện trở khi tiếp xúc với ánh sáng. Về cơ bản,  có thể hiểu nó là một tế bào quang điện hoạt động  theo nguyên lý quang dẫn. Một cách khác, nó có thể được hiểu là điện trở có giá trị thay đổi  theo cường độ ánh sáng.

Quang trở được sử dụng nhiều trong các mạch cảm biến ánh sáng, đèn đường, báo động ánh sáng, đồng hồ ngoài trời,…

Các loại quang trở

Dựa trên vật liệu chế tạo ra sản phẩm thì có thể chia làm 2 loại như sau:

#1 Quang trở thuần khiết

Thiết bị này được hình thành từ các vật liệu bán dẫn thuần khiết như Silicon hay Germani.

Khi bạn chiếu ánh sáng và điện trở quang thuần khiết thì chỉ có một lượng nhỏ các electron hóa trị có thể nhận đủ năng lượng tách khỏi nguyên tử và trở thành electron tự do. Kết quả là chỉ có một dòng điện nhỏ chạy qua điện trở quang thuần khiết.

Như bạn cũng biết dòng điện tăng lên thì có nghĩa là điện trở sẽ giảm đi. Trong các điện trở quang thuần khiết, điện trở sẽ giảm nhẹ khi nhận được lượng ánh sáng tăng cường. Do đó, các điện trở quang thuần khiết ít nhạy cảm hơn với ảnh sáng. Chính vì vậy mà chúng không được sử dụng nhiều trong thực tế.

#2 Quang trở tạp chất

Quang trở chất được làm từ những vật liệu bán dẫn tạp chất. Trong các quang trở tạp chất có chứa một lượng lớn các hạt mang điện tích. Vì thế chỉ cần cung cấp một nguồn năng lượng ánh sáng nhỏ cũng sẽ tạo ra một số lượng lớn hạt tải điện. Có nghĩa là cường độ dòng điện bắt đầu tăng nhanh.

Khi dòng điện tăng thì đồng nghĩa với điện trở sẽ giảm đi. Vì vậy, điện trở của quang điện trở tạp chất sẽ nhanh chóng giảm đi khi nguồn sáng chiếu và tăng lên. Vì điều này mà chúng được sử dụng rất nhiều trong thực tế.

Cấu tạo của quang trở

Cấu tạo của linh kiện này sẽ bao gồm 2 phần đó là: phần trên và phần dưới.

Chúng là những màng kim loại được kết nối với thông qua các đầu cực. Hơn nữa chúng được thiết kế theo cách cung cấp diện tích tiếp xúc tối đa nhất với 2 màng kim loại được đặt trong chiếc hộp nhựa để có thể giúp tiếp cận được với nguồn ánh sáng và có thể cảm nhận được sự thay đổi của cường độ ánh sáng.

Thành phần chính của linh kiện này đó chính là Cadmium Sulphide (CdS) được sử dụng làm chất quang dẫn, thường không chứa hoặc có rất ít các hạt electron khi không có nguồn ánh sáng chiếu vào.

Nguyên lý hoạt động

Quang trở được làm bằng chất bán dẫn có trở kháng rất cao và không có một tiếp giáp nào.. Các điện trở quang thường có điện trở vài MΩ trong bóng tối. Ngoài ra, giá trị điện trở có thể được hạ từ 1 Ω đến vài trăm Ω khi thắp sáng.

Nguyên lý hoạt động của điện trở quang  dựa trên nguyên lý của hiệu ứng quang điện trong một khối vật chất. Khi một photon va chạm với nguồn năng lượng đủ lớn, electron bật ra khỏi  phân tử và trở thành những electron tự do ở dạng khối  và  chất bán dẫn, và các chất bán dẫn này sẽ chuyển thành các chất dẫn điện. Độ dẫn của điện trở quang phụ thuộc  phần lớn vào các photon được hấp thụ.

Khi ánh sáng chiếu vào, các electron sẽ được giải phóng và độ dẫn điện của nó sẽ được tăng lên. Tùy thuộc vào chất bán dẫn mà các điện trở quang sẽ có những phản ứng khác nhau với từng loại sóng photon khác nhau.

Cách đo quang trở bằng đồng hồ vạn năng

Cách kiểm tra quang trở bằng đồng hồ vạn năng cũng khá đơn giản. Để thực hiện đo, bạn cần chuẩn bị một chiếc đồng hồ vạn năng có chức năng đo điện trở để có thể đáp ứng được yêu cầu của công việc một cách tốt nhất. Sau khi đã chuẩn bị thì bạn tiến hành đo với thiết bị này như sau:

• Bước 1: Khởi động đồng hồ và chọn thang đo điện trở.
• Bước 2: Kết nối hai dây dẫn kiểm tra vào hai giắc cắm trên máy đo  theo quy ước rằng chân màu đỏ được cắm vào giắc cắm chân COM. Chốt đen đi vào chốt đen trên máy đo. Đầu của hai đầu dò chạm vào điện trở quang.
• Bước 3: Đọc kết quả hiển thị trên màn hình. Điện trở quang vẫn ổn định khi điện trở thay đổi. Nếu điện trở không hoạt động, photoresistor có thể bị hỏng.

Ưu nhược điểm của quang trở

Thiết bị nào cũng sẽ có ưu nhược điểm của riêng nó và thiết bị quang trở này cũng vậy. Chúng tôi sẽ để cập cả ưu và nhược điểm của chúng ngay bên dưới để bạn có thêm nhiều thông tin về thiết bị:

• Ưu điểm: có nhiều ưu điểm như giá thành rẻ, kích thước đa dạng có thể gắn trên nhiều bảng khác nhau, kích thước phổ biến là đường kính mặt  Thêm vào đó là mức tiêu thụ năng lượng và điện áp hoạt động thấp.
• Nhược điểm: Thời gian phản hồi chậm, độ chính xác không cao. Thời gian phản hồi của photoresistor nằm trong khoảng từ hàng chục mili giây đến hàng trăm mili giây.

Một số mạch ứng dụng đơn giản dùng quang trở

Giờ chúng ta sẽ đi tìm hiểu về phần mạch ứng dụng, xem chúng dùng để làm gì nhé.

Mạch mở đèn điện tự động về đêm

Ban ngày với nguồn sáng chiếu vào quang trở thì giá trị điện trở lúc này là rất nhỏ nên điện thế tại thời điểm này sẽ không đủ để có thể mở Diac nên sẽ không có điện đi qua phần chân điều khiển của Triac nên chúng sẽ không hoạt động và dẫn đến hiện tượng đèn không sáng.

Khi đêm xuống, không có nguồn sáng chiếu vào thì giá trị tăng lên khiến cho điện áp tăng và mở thông Diac khiến cho Triac được kích thích và dẫn điện làm cho bóng đèn sáng lên.

Mạch báo động sử dụng quang trở

Khi có ánh sáng chiếu vào, điện trở của LDR có giá trị nhỏ và chân kích (chân 2) của IC 1 được giữ ở mức cao và đầu ra của IC 1 (chân 3) ở mức thấp. Mỗi khi  chùm  sáng bị chặn, điện trở của LDR tăng lên. Trong thời gian này, một xung âm được kích hoạt ở chân  2 và IC1 tạo ra một xung hình chữ nhật ở chân 3 rộng khoảng 10 giây. Mạch này phát tín hiệu cảnh báo từ loa trong 10-11 giây.

Ứng dụng của quang trở

Cảm biến quang thường có giá thành thấp và cấu tạo đơn giản nên hay được sử dụng làm cảm biến ánh sáng. Có thể kể đến những ứng dụng của thiết bị này 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

Vừa rồi AME Group đã tổng hợp chi tiết một số thông tin quan trọng về quang trở cùng các ứng dụng của thiết bị này. Hy vọng với những thông tin mà chúng tôi cung cấp có thể giúp ích cho bạn trong quá trình tìm kiếm thông tin. Cảm ơn bạn đã đọc bài viết và hẹn gặp lại trong các bài chia sẻ tiếp theo của chúng tôi.