Quang trở là gì? Ký hiệu, cấu tạo và ứng dụng của quang điện trở

Quang điện trở hay quang trở là khái niệm thường được nhắc đến trong cuộc sống. Vậy quang trở là gì? Ứng dụng của quang điện trở như thế nào? Hãy cùng Kyoritsuvietnam.net tìm hiểu ngay sau bài viết dưới đây!

Quang trở là gì?

Quang điện trở (LDR: Light-dependent resistor) còn được gọi là quang trở hay điện trở quang, photoresistor, photocell. Theo lý thuyết vật lý, quang điện trở là điện trở được làm bằng chất quang dẫn. Đây là loại cảm biến đơn giản hoạt động dựa trên nguyên lý quang dẫn. Nó là một loại điện trở có thể thay đổi giá trị theo cường độ ánh sáng. 

Có thể nói, điện trở quang là một linh kiện được tạo bằng chất đặc biệt có thể biến đổi khi ánh sáng chiếu vào. LDR thường được dùng trong các mạch cảm biến ánh sáng, đèn đường, đồng hồ ngoài trời, báo động ánh sáng,...

Ký hiệu quang điện trở

Có 2 kiểu ký hiệu của quang điện trở trong mạch điện. Hình dưới đây là hai kiểu ký hiệu quang trở được sử dụng phổ biến nhất.

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 quang điện trở

Bạn đã biết quang trở là gì, chúng ta cùng tìm hiểu về cấu tạo của LDR. Quang điện trở được cấu tạo bằng chất bán dẫn và có đặc điểm điện trở giảm khi ánh sáng chiếu vào.

Cụ thể, cấu tạo quang trở gồm có 2 phần 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. 

Điện trở quang là một linh kiện bán dẫn, không có lớp chuyển tiếp P-N. Nguyên liệu chính cấu thành LDR là chất Cadmium Sulphide (CdS). Ngoài ra, người ta có thể sử dụng các vật liệu hỗ hợp giữa hai nguyên tố nhóm 3 và nhóm 5 trong bảng tuần hoàn hoá học để tạo ra quang dẫn như: CdSe(Selenit Cadmi), ZnS,... 

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. 

Hiểu đơn giản, khi có ánh sáng chiếu vào, các hạt phân tử điện được tăng lên và hoạt động nhiều hơn. Từ đó điện trở dẫn điện sẽ tốt hơn. Đồng thời điện trở sẽ giảm đi.

Xem thêm: Hướng dẫn cách đo điện trở bằng đồng hồ vạn năng chi tiết

Ưu nhược điểm của quang trở 

Điều gì cũng có hai mặt tốt xấu, ưu nhược điểm. Quang điện trở cũng không ngoại lệ. Dưới đây là những ưu điểm và nhược điểm của LDR.

Ưu điểm của quang trở là gì?

• 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.

Một số mạch điện ứng dụng quang trở

Sau khi tìm hiểu quang điện trở là gì, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của LDR, chúng ta cùng tham khảo một số mạch điện ứng dụng quang trở nhé!

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

Hãy cùng đọc và theo dõi hình ảnh minh hoạ để hiểu được mạch tắt, mở đèn tự động dùng quang trở nhé!

Cách hoạt động của mạch điện như sau: 

• Khi có ánh sáng chiếu vào quang trở LDR, điện trở của LDR bị giảm xuống. Vậy nên điện thế ở chân +input (chân 3) của LM358 cũng bị giảm xuống. 

• Ngược lại, khi không có ánh sáng hoặc ánh sáng yếu chiếu vào quang trở, 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 +intput 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 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. 

Trong thời điểm này, một xung âm được kích vào chân số 2 và IC1 tạo 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. 

Cách đo quang trở bằng đồng hồ vạn năng

Để đo quang trở, người ta thường dùng đồng hồ vạn năng. Bạn có thể sử dụng các mẫu đồng hồ vạn năng có chức năng đo điện trở như: Kyoritsu 1009, Kyoritsu 1109S, Kyoritsu 1018H, ... để kiểm tra quang điện trở một cách tốt nhất!

Có các phương pháp đo quang trở như sau: 

Cách đo quang trở số 1

Bạn cần chuẩn bị các dụng cụ sau: đồng hồ vạn năng, điện trở quang.

Bước 1: Bật đồng hồ vạn năng và xoay núm đồng hồ đến chế độ đo điện trở.

Bước 2: Nối đồng hồ vạn năng với quang điện trở như hình minh hoạ.

Bước 3: Quan sát kết quả đo của đồng hồ. Ta đã biết giá trị điện trở sẽ thay đổi theo các cường độ ánh sáng khác nhau. Khi đo, nếu giá trị của điện trở thay đổi theo cường độ ánh sáng thì điện trở quang vẫn tốt. Nếu điện trở không thay đổi thì LDR đã bị hỏng.

Cách kiểm tra quang trở số 2

Các dụng cụ dùng để kiểm tra điện trở gồm có: đồng hồ vạn năng, quang trở, điện trở 10K, nguồn điện 5V. 

Bạn thực hiện nối các thiết bị như hình minh hoạ. 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, điện áp sẽ giảm. Ngược lại, khi nguồn sáng giảm, điện áp sẽ tăng lên. Nếu bạn kết quả đo đúng như vậy, quang điện trở vẫn hoạt động bình thường. 

Cách kiểm tra quang điện trở số 3

Các thiết bị cần có để đo điện trở là: 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.

Bạn thực hiện nối mạch điện như hình minh hoạ. 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.

Có thể bạn quan tâm: Giá trị điện trở cách điện tiêu chuẩn bao nhiêu là đạt, an toàn?

Ứng dụng của quang điện trở

Sau khi biết quang trở là gì, nguyên lý và cấu tạo của quang trở, chúng ta cùng tìm hiểu về ứng dụng của quang điện trở trong thực tế nhé!

• Công dụng của quang điện trở là được dùng trong các cảm biến ánh sáng của các thiết bị điện tử hiện đại. Ví dụ như điện thoại thông minh, máy tính xách tay, máy tính bảng,... 

• Quang điện trở ứng dụng trong các mạch dò sáng tối. LDR dùng làm cảm biến nhạy sáng giúp đóng cắt đèn chiếu sáng. 

• Trong lĩnh vực thiên văn hồng ngoại và quang phổ hồng ngoại, LDR dùng làm thành bảng photocell hay cảm biến ảnh.

• Quang trở ứng dụng trong việc theo dõi an ninh, thiết bị cảnh báo an toàn như camera chống trộm, thiết bị báo động,... 

Bài viết trên đã cung cấp cho bạn thông tin về quang điện trở là gì cũng như cấu tạo, cách đo và ứng dụng của quang trở. Hy vọng những kiến thức này sẽ có ích đối với bạn. Cảm ơn bạn đã theo dõi bài viết. Chúc bạn và gia đình luôn mạnh khoẻ và hạnh phúc!