Mạch cảm biến ánh sáng dùng quang trở là gì?

Quang trở, hay điện trở quang, là một linh kiện quen thuộc trong các mạch điện tử hiện đại, đặc biệt là trong các mạch cảm biến ánh sáng. Mạch cảm biến ánh sáng sử dụng quang trở là một thiết bị quan trọng giúp nhận diện và điều khiển mức độ ánh sáng. Vậy mạch cảm biến ánh sáng dùng quang trở là gì? Nguyên lý hoạt động của nó ra sao và ứng dụng như thế nào? Hãy cùng RX Tradex tìm hiểu qua bài viết dưới đây.

1. Cảm biến ánh sáng là gì? 

Cảm biến ánh sáng là một thiết bị điện tử có khả năng chuyển đổi năng lượng từ các bức xạ điện từ, bao gồm ánh sáng khả kiến và bức xạ hồng ngoại, thành tín hiệu điện. Đây là một loại cảm biến thông minh, có khả năng nhận biết sự thay đổi của môi trường xung quanh thông qua bộ phận cảm biến, giúp điều chỉnh ánh sáng của thiết bị một cách phù hợp.

Cảm biến ánh sáng đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả và tự động hóa trong nhiều ứng dụng khác nhau, từ thiết bị điện tử tiêu dùng đến các hệ thống công nghiệp và tự động hóa.

2. Phân loại cảm biến ánh sáng 

Cảm biến ánh sáng được phân loại dựa trên nguyên lý hoạt động và ứng dụng cụ thể của chúng, được chia thành 3 loại chính: Photoresistors (LDR), Photodiodes, Phototransistors

2.1. Cảm biến Photoresistor (LDR) 

Đây là loại cảm biến dùng quang trở còn gọi là chất cảm quang. Chất cảm quang thường được làm từ vật liệu bán dẫn có độ nhạy cao với ánh sáng. Hoạt động của loại cảm biến này hoàn toàn phụ thuộc vào cường độ ánh sáng môi trường. Khi cường độ ánh sáng tăng, điện trở của chất cảm quang giảm; ngược lại, khi ánh sáng giảm, điện trở tăng lên.

2.2. Cảm biến Photodiodes 

Đây là loại cảm biến được làm từ chất liệu silicon và gecmani, kết hợp với bộ lọc quang học và ống kính để dễ dàng tiếp nhận dữ liệu.

Hoạt động của cảm biến dựa trên ánh sáng chiếu vào, tạo ra dòng điện. Do đó, cảm biến này có nhiều ứng dụng đa dạng như trong các mạch điện tử, thiết bị điều khiển từ xa, thiết bị y tế và nhiều ứng dụng khác.

2.3. Cảm biến ánh sáng Phototransistors 

Cảm biến ánh sáng Phototransistor, hay còn gọi là Transistor quang, là loại cảm biến có khả năng hoạt động mạnh mẽ nhờ khả năng khuếch đại tín hiệu nhiều lần. Cảm biến này được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị yêu cầu độ nhạy cao, nhờ khả năng phát hiện ánh sáng rất chính xác.

3. Cơ bản về quang trở 

Quang trở là một linh kiện điện tử có khả năng thay đổi điện trở dựa trên sự chiếu sáng. Khi ánh sáng chiếu vào, các bức xạ điện từ kích thích các lỗ trống – điện tử trong vật liệu, tạo ra các hạt tải điện. Quang trở được thiết kế giống như một tế bào quang điện và hoạt động theo nguyên lý quang dẫn. Khi cường độ ánh sáng tăng lên, điện trở của nó giảm, thường từ một vài nghìn Ohm (Ω) xuống vài trăm Ohm hoặc thấp hơn.

Hiện nay, quang trở được sử dụng rộng rãi trong các mạch cảm biến ánh sáng và các hệ thống đèn, nhờ vào khả năng cung cấp đáng tin cậy và chính xác trong việc đo lường và điều chỉnh mức độ ánh sáng.

4. Quang trở hoạt động theo nguyên lý nào? 

Quang trở hoạt động dựa trên nguyên lý quang dẫn, xuất phát từ hiệu ứng quang điện trong chất bán dẫn. Khi photon ánh sáng kích thích, electron có thể bật ra khỏi các phân tử, tạo ra electron tự do và các lỗ trống mang điện tích dương. Do đó, trong điều kiện không có kích thích, quang trở thường có điện trở rất cao lên tới vài MΩ.

Tuy nhiên, khi ánh sáng chiếu vào, giá trị của điện trở có thể giảm nhanh chóng xuống vài chục đến vài trăm Ω, biến chất bán dẫn trở thành một chất dẫn điện tốt. Mức độ dẫn điện của quang trở phụ thuộc vào số lượng photon được hấp thụ. Khi nhận được ánh sáng, lượng electron giải phóng tăng, đồng thời tăng cường khả năng dẫn điện của chất bán dẫn. Các phản ứng trong quang trở với các loại sóng photon khác nhau sẽ tạo ra các mức độ dẫn điện khác nhau.

5. Mạch cảm biến ánh sáng dùng quang trở là gì? 

Mạch cảm biến ánh sáng dùng quang trở thường được tạo bởi một loại linh kiện được gọi là Photoresistor (LDR), hay còn được biết đến là quang điện trở, đây là một loại điện trở phụ thuộc vào ánh sáng. Chất cảm quang, hoặc quang điện trở, thường được chế tạo từ vật liệu bán dẫn có độ nhạy cao với ánh sáng. 

Cảm biến này hoạt động hoàn toàn phụ thuộc vào mức độ ánh sáng của môi trường xung quanh. Khi cường độ ánh sáng tăng, điện trở của quang trở giảm, và ngược lại, khi cường độ ánh sáng giảm, điện trở tăng lên.

6. Mạch cảm biến ánh sáng sử dụng Transistor cơ bản 

Trong mạch cảm biến ánh sáng sử dụng quang trở sẽ hoạt động theo nguyên tắc sau: Khi ánh sáng chiếu vào LDR bị chặn, transistor Q1 sẽ đóng và transistor Q2 mở, dẫn đến LED D1 kết nối với đất và sáng. Điện trở R3 có thể điều chỉnh để thay đổi độ nhạy của mạch.

7. Ưu điểm của mạch cảm biến ánh sáng dùng quang trở 

Mạch cảm biến ánh sáng sử dụng quang trở có nhiều ưu điểm nổi bật, có thể kể đến như: 

• Mạch được thiết kế với kích thước nhỏ, giúp dễ dàng tích hợp vào các thiết bị và hệ thống điện tử khác nhau mà không tốn nhiều không gian.
• Quang trở trong mạch thường có độ nhạy cao với ánh sáng, cho phép phát hiện các thay đổi nhỏ trong mức độ ánh sáng môi trường.
• Có thể điều chỉnh độ nhạy của mạch bằng cách thay đổi giá trị của điện trở, tạo sự linh hoạt trong việc điều chỉnh phản ứng của mạch với ánh sáng.
• Mạch có tính tự động bật/tắt dựa trên mức độ ánh sáng, giúp tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu việc quên tắt đèn khi không có người sử dụng.
• Với chi phí thấp cho các linh kiện và dễ dàng thay thế, mạch cảm biến ánh sáng dùng quang trở là một lựa chọn kinh tế cho các ứng dụng điện tử.

8. Một số lợi ích của cảm biến ánh sáng trong thực tế

Trong thực tế, cảm biến ánh sáng là một công nghệ được áp dụng rộng rãi và có ứng dụng đáng kể trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống hàng ngày và trong các ngành công nghiệp sản xuất. Việc sử dụng cảm biến ánh sáng mang lại một số lợi ích quan trọng như:

• Tiết kiệm năng lượng: Cảm biến ánh sáng có thể điều khiển tự động đèn hoặc thiết bị chiếu sáng dựa trên mức độ ánh sáng tự nhiên hiện có. Điều này giúp tiết kiệm năng lượng bằng cách chỉ bật đèn khi cần thiết.
• Thoải mái và tiện lợi: Cảm biến ánh sáng làm cho cuộc sống hàng ngày trở nên thuận tiện hơn bằng cách tự động điều chỉnh ánh sáng trong các môi trường khác nhau mà không cần sự can thiệp của con người.
• An toàn và bảo vệ môi trường: Việc sử dụng cảm biến ánh sáng giúp giảm nguy cơ tai nạn do thiếu ánh sáng hoặc ánh sáng quá sáng. Đồng thời, việc giảm lượng ánh sáng không cần thiết cũng giúp giảm lượng khí thải và tiết kiệm năng lượng.
• Tăng hiệu suất: Cảm biến ánh sáng có thể được sử dụng để điều chỉnh ánh sáng môi trường làm việc hoặc học tập, tạo điều kiện làm việc tốt hơn và tăng cường hiệu suất lao động.
• Giảm chi phí vận hành: Việc tự động điều chỉnh ánh sáng dựa trên mức độ ánh sáng tự nhiên giúp giảm chi phí vận hành và bảo trì hệ thống chiếu sáng.

9. Tổng kết

Có thể thấy, các sản phẩm điện tử thông minh như mạch cảm biến ánh sáng dùng quang trở đang trở nên phổ biến và được áp dụng rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày, đặc biệt là trong ngành sản xuất. Hy vọng rằng thông qua bài viết trên đây, quý doanh nghiệp đã nắm rõ phần nào về khái niệm và các ứng dụng của cảm biến ánh sáng để áp dụng vào quy trình sản xuất và kinh doanh một cách hiệu quả. Nếu doanh nghiệp muốn tìm hiểu thêm các giải pháp sản xuất tiên tiến trong lĩnh vực điện tử, khám phá và tiếp cận các công nghệ sản xuất hàng đầu, cập nhật những xu hướng công nghệ điện tử mới nhất như: Sản xuất xanh trong ngành công nghiệp điện tử,… thì đừng quên đăng ký tham gia triển lãm điện tử có sức ảnh hưởng lớn nhất Việt Nam tại NEPCON 2024.