Quang điện trở là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động?

Quang điện trở, hay LDR (Light Dependent Resistor), là một linh kiện điện tử thay đổi giá trị điện trở theo cường độ ánh sáng chiếu vào. Với khả năng này, quang điện trở được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như y tế, hệ thống an ninh hay cảm biến ánh sáng. Trong bài viết này, cùng RX Tradex tìm hiểu về khái niệm quang điện trở là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của quang điện trở.

1. Quang điện trở là gì? 

Quang điện trở, hay còn được gọi là quang trở hoặc LDR (Light Dependent Resistor), là một loại linh kiện điện tử có khả năng thay đổi giá trị điện trở của nó dựa trên cường độ ánh sáng chiếu vào. 

2. Nguyên lý hoạt động của quang điện trở 

Nguyên lý hoạt động của quang điện trở dựa trên hiệu ứng quang điện trong. Hiệu ứng quang điện trong là hiện tượng giải phóng các electron tự do khỏi nguyên tử hoặc nguyên tử ion khi chúng hấp thụ photon có năng lượng đủ lớn. Năng lượng của photon phải lớn hơn hoặc bằng năng lượng liên kết của electron với nguyên tử hoặc nguyên tử ion.

Khi có ánh sáng chiếu vào quang điện trở:

• Các photon trong ánh sáng sẽ va chạm với các electron trong vùng dẫn của chất bán dẫn. 
• Nếu năng lượng của photon đủ lớn, electron sẽ được giải phóng khỏi nguyên tử và trở thành electron tự do. 
• Số lượng electron tự do tăng lên dẫn đến sự dẫn điện tăng, và điện trở của quang điện trở giảm. 

Mức độ giảm điện trở của quang điện trở phụ thuộc vào cường độ và bước sóng của ánh sáng chiếu vào.

Khi không có ánh sáng chiếu vào quang điện trở:

• Các electron tự do sẽ tái kết hợp với các nguyên tử hoặc nguyên tử ion. 
• Số lượng electron tự do giảm xuống dẫn đến sự dẫn điện giảm, và điện trở của quang điện trở tăng. 

Điện trở của quang điện trở có thể thay đổi từ vài MΩ khi không có ánh sáng đến vài kΩ  khi có ánh sáng chiếu vào.

3. Đơn vị điện trở 

Ohm (ký hiệu: Ω) là đơn vị đo điện trở trong Hệ đo lường quốc tế (SI), được đặt theo tên của nhà vật lý người Đức Georg Simon Ohm. 

Một ohm tương đương với một vôn trên một ampe (1 Ω = 1 V/A). Điện trở có thể có nhiều giá trị khác nhau, bao gồm milliohm (1 mΩ = 10-3 Ω), kilohm (1 kΩ = 103 Ω), và megohm (1 MΩ = 106 Ω), giúp đo lường và biểu diễn một cách linh hoạt các mức điện trở khác nhau trong các mạch điện và ứng dụng điện tử.

4. Đâu là ứng dụng của quang trở? 

Nhờ vào khả năng thay đổi giá trị điện trở khi có ánh sáng chiếu vào, quang điện trở được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: 

4.1. Cảm biến ánh sáng

• Tự động bật tắt đèn: Quang điện trở được sử dụng trong các cảm biến ánh sáng tự động bật đèn khi trời tối và tắt đèn khi trời sáng.
• Điều chỉnh độ sáng màn hình: Trong điện thoại thông minh, máy tính bảng và máy tính xách tay, quang điện trở được sử dụng để điều chỉnh độ sáng màn hình tự động theo điều kiện ánh sáng xung quanh.
• Cảm biến cửa tự động: Sử dụng trong các cảm biến cửa tự động để mở cửa khi có người đến gần và đóng cửa khi người đi qua.
• Máy ảnh: Sử dụng trong máy ảnh để đo lượng ánh sáng và điều chỉnh cài đặt phơi sáng.

4.2. Bộ đếm quang

• Đếm số lượng vật thể: Quang điện trở được sử dụng trong các bộ đếm quang để đếm số lượng vật thể đi qua một đường dây chuyền sản xuất. Ví dụ, trong ngành công nghiệp thực phẩm, quang điện trở được sử dụng để đếm số lượng lon nước ngọt đi qua dây chuyền sản xuất.
• Kiểm soát giao thông: Sử dụng trong các hệ thống kiểm soát giao thông để đếm số lượng xe đi qua một giao lộ.

4.3. Rơ le quang

Điều khiển các thiết bị điện: Quang điện trở được sử dụng trong các rơ le quang để điều khiển các thiết bị điện khác. Ví dụ, rơ le quang có thể được sử dụng để bật tắt bơm nước hoặc quạt gió khi có ánh sáng chiếu vào quang điện trở.

4.4. Hệ thống an ninh

Phát hiện sự xâm nhập: Ứng dụng vào các hệ thống an ninh để phát hiện sự xâm nhập. Khi có kẻ trộm đi qua, họ sẽ che khuất ánh sáng chiếu vào quang điện trở, kích hoạt báo động. 

4.5. Ứng dụng trong lĩnh vực y tế

Quang điện trở được sử dụng trong các thiết bị y tế để đo các thông số sinh học như nhịp tim và huyết áp.

5. Hướng dẫn kiểm tra quang trở còn hoạt động hay không?

Để kiểm tra quang trở còn hoạt động hay không, chúng ta cần thực hiện các bước sau: 

• Chuyển VOM về chế độ đo điện trở: Đặt đồng hồ vạn năng (VOM) ở chế độ đo điện trở (thang đo ohm).
• Kết nối VOM với quang điện trở: Đặt hai que đo của VOM vào hai chân của quang điện trở.
• Kiểm tra trong bóng tối: Che quang trở bằng tay hoặc một vật bất kỳ để tạo môi trường tối, quan sát số ohm hiển thị trên VOM. Khi che đi, số ohm của quang trở sẽ tăng cao.
• Kiểm tra dưới ánh sáng: Chiếu sáng vào bề mặt của quang trở, càng mạnh càng tốt. Quan sát số ohm trên VOM. Khi có ánh sáng mạnh, số ohm đo được sẽ giảm xuống.

Kết quả kiểm tra:

• Nếu số ohm thay đổi đáng kể khi chuyển từ môi trường tối sang sáng và ngược lại, quang trở vẫn hoạt động tốt.
• Nếu không có sự thay đổi hoặc thay đổi rất ít, có thể quang trở đã hỏng hoặc không hoạt động đúng cách.

6. Tổng kết

Với những thông tin trên đây, hy vọng quý doanh nghiệp đã có thể nắm rõ hơn về quang điện trở là gì, và nguyên lý hoạt động cũng như cấu tạo của chúng để ứng dụng trong quy trình sản xuất của mình. Nếu quý doanh nghiệp muốn tìm hiểu thêm về các giải pháp sản xuất hiệu quả trong lĩnh vực công nghiệp điện tử, có thể đăng ký tham gia triển lãm NEPCON Việt Nam 2024 do RX Tradex tổ chức vào tháng 8 tới đây.