Lớp 12Vật Lý

Điện trở quang là gì?

1. Điện trở quang là gì?

Điện trở quang là một linh kiện điện tử có điện trở phụ thuộc ánh sáng chiếu vào nó. Đây một linh kiện điện tử nhạy cảm với ánh sáng. Khi có ánh sáng chiếu vào nó, thì điện trở sẽ thay đổi. Giá trị điện trở của quang trở giảm khi mức độ ánh sáng tăng lên và ngược lại. Vì lý do này, chúng còn được gọi là điện trở phụ thuộc vào ánh sáng, viết tắt là LDR (Light Dependent Resistor).

[CHUẨN NHẤT] Điện trở quang

Cùng THPT Ninh Châu mở rộng kiến thức về điện trở quang nhé!

2. Ký hiệu và cấu tạo của điện trở quang

Một điện trở quang được cấu tạo từ vật liệu bán dẫn nhạy cảm với ánh sáng, thông thường là Cadmium Sulphide (CdS). Vật liệu này được phủ trên một chất nền cách điện như gốm theo hình zig-zag để có được giá trị điện trở và công suất mong muốn. 

Bạn đang xem: Điện trở quang là gì?

Trong điều kiện thiếu ánh sáng, LDR có điện trở rất cao khoảng vài MΩ. Tuy nhiên, khi có ánh sáng, linh kiện thể hiện đặc tính điện trở thấp, khoảng vài trăm Ω.

Phần còn lại là các tiếp xúc (chân) kim loại được gắn kết ở hai bên của vùng phía trên. Điện trở của 2 chân kim loại này phải càng nhỏ càng tốt để đảm bảo rằng điện trở chủ yếu thay đổi do tác dụng của ánh sáng. 

Toàn bộ cấu trúc được đặt trong một vỏ nhựa để có thể giúp tiếp xúc được với ánh sáng và cảm nhận được sự thay đổi của cường độ ánh sáng. 

Hình bên dưới minh họa cho thấy cấu tạo của một điện trở phụ thuộc vào ánh sáng.

3. Nguyên lý hoạt động của điện trở quang

Như chúng ta đã biết, các electron hóa trị là những electron nằm ở lớp vỏ ngoài cùng của nguyên tử. Do đó, chúng liên kết một cách lỏng lẻo với hạt nhân của nguyên tử. Điều này có nghĩa là chỉ cần một lượng năng lượng nhỏ là đủ để kéo nó ra khỏi quỹ đạo bên ngoài.

Nguyên tắc rất cơ bản này được sử dụng trong quang trở. Ánh sáng chiếu xuống vật liệu quang dẫn sẽ bị hấp thụ, do đó tạo ra nhiều electron tự do từ các electron hóa trị.

Khi năng lượng ánh sáng chiếu vào vật liệu quang dẫn tăng, số electron hóa trị nhận năng lượng và tách khỏi liên kết với hạt nhân tăng lên. Điều này dẫn đến một số lượng lớn các electron hóa trị nhảy đến vùng dẫn, sẵn sàng chuyển động tự do khi có tác dụng của bất kỳ ngoại lực nào như điện trường.

Mặt khác, các electron tự do là những electron không liên kết với hạt nhân và do đó chúng chuyển động tự do khi có năng lượng bên ngoài như điện trường đặt vào. Do đó, khi có năng lượng làm cho electron hóa trị kéo ra khỏi quỹ đạo ngoài, nó đóng vai trò như một điện tử tự do; sẵn sàng chuyển động bất cứ khi nào có điện trường tác dụng. Năng lượng ánh sáng được sử dụng để làm cho một electron hóa trị trở thành một electron tự do.

Như vậy, khi cường độ ánh sáng tăng thì số electron tự do cũng tăng lên. Điều này có nghĩa là độ dẫn điện của vật liệu quang dẫn tăng đồng nghĩa với việc giảm điện trở suất của vật liệu.

Các loại điện trở quang

+ Quang trở tạp chất (Extrinsic photoresistor): Quang trở tạp chất được làm từ vật liệu bán dẫn tạp chất.

+ Quang trở thuần khiết (Intrinsic photoresistor): Điện trở quang thuần khiết được làm từ các vật liệu bán dẫn thuần khiết như Silicon hoặc Germani.

4. Một số mạch ứng dụng đơn giản dùng quang trở

Mạch báo động dùng IC 555

Khi có ánh sáng chiếu vào, điện trở của LDR có giá trị nhỏ và chân kích (chân 2) của IC1 được giữ ở mức cao và đầu ra của IC1 (chân 3) ở mức thấp. Bất cứ khi nào chùm ánh sáng bị ngắt, điện trở của LDR tăng cao. Trong thời điểm đó, 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 vuông ở ngõ ra của IC1 được cấp cho mạch dao động đa hài sử dụng IC2. Mạch sẽ phát ra hín hiệu cảnh báo qua loa trong khoảng thời gian từ 10 đến 11 giây.

Mạch tắt/mở đèn tự động

Khi có ánh sáng chiếu vào quang điện trở LDR, điện trở của LDR giảm xuống làm cho điện thế ở chân +input (chân 3) của LM358 giảm xuống. Ngược lại, khi không có ánh sáng hoặc ánh sáng yếu chiếu vào quang trở LDR, điện trở của LDR tăng lên làm cho điện thế ở chân +input (chân 3) của LM358 tăng lên. 

Điện thếở -input (chân 2) và +input (chân 3) của LM358 luôn được so sánh với nhau để xuất ra điện áp ở chân output (chân 1). Khi điện áp ở +intput lớn hơn –input thì điện áp output sẽ ở mức cao làm 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. 

5. Ứng dụng của quang trở

+ Được sử dụng trong thiết kế chiếu sáng đường phố 

+ Đồng hồ báo thức

+ Mạch báo trộm

+ Máy đo cường độ ánh sáng

+ Phát hiện sự vắng mặt hoặc sự hiện diện của ánh sáng như trong đồng hồ đo ánh sáng của camera

Đăng bởi: THPT Văn Hiến

Chuyên mục: Lớp 12, Vật Lý 12

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Back to top button