Điện trở quang LDR

Điện trở quang LDR

Điện trở phụ thuộc ánh sáng, LDR hoặc quang trở là các linh kiện điện tử được sử dụng để phát hiện ánh sáng và thay đổi hoạt động của mạch phụ thuộc vào mức độ ánh sáng.
Điện trở phụ thuộc ánh sáng, LDR hoặc cảm biến quang thường được sử dụng trong các thiết kế mạch điện tử, nơi cần phát hiện sự hiện diện hoặc mức độ của ánh sáng.

Các thành phần điện tử này có thể được mô tả bằng nhiều tên khác nhau từ điện trở phụ thuộc ánh sáng, LDR, điện trở quang, hoặc thậm chí tế bào quang điện, tế bào quang điện hoặc chất dẫn quang.

Mặc dù các thành phần điện tử khác như điốt quang hoặc bóng bán dẫn quang cũng có thể được sử dụng, nhưng LDR hoặc điện trở quang đặc biệt thuận tiện để sử dụng trong nhiều thiết kế mạch điện tử. Chúng cung cấp sự thay đổi lớn về điện trở đối với những thay đổi về mức độ ánh sáng.

Do chi phí thấp, dễ sản xuất và dễ sử dụng, LDR đã được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau. Đã có lúc LDR được sử dụng trong máy đo ánh sáng chụp ảnh, và thậm chí bây giờ chúng vẫn được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau khi cần phát hiện mức độ ánh sáng.

Điện trở phụ thuộc ánh sáng được bán rộng rãi: – chúng thường được các nhà phân phối linh kiện điện tử dự trữ và theo cách thức hoạt động của chuỗi cung ứng ngành công nghiệp điện tử ngày nay, đây là cách bình thường để có được chúng. Các nhà phân phối linh kiện điện tử lớn và nhỏ thường sẽ có sự lựa chọn tốt.

Điện trở phụ thuộc ánh sáng, LDR hoặc điện trở quang là gì

Một điện trở quang hay điện trở phụ thuộc ánh sáng là một linh kiện điện tử nhạy cảm với ánh sáng. Khi ánh sáng chiếu vào nó, thì điện trở sẽ thay đổi. Giá trị của điện trở của LDR có thể thay đổi theo nhiều bậc của độ lớn giá trị của điện trở giảm khi mức độ ánh sáng tăng lên.
Không có gì lạ khi các giá trị điện trở của LDR hoặc điện trở quang là vài megohms trong bóng tối và sau đó giảm xuống vài trăm ohms trong ánh sáng chói. Với sự thay đổi rộng rãi về điện trở như vậy, LDR rất dễ sử dụng và có rất nhiều mạch LDR. Độ nhạy của điện trở phụ thuộc ánh sáng hoặc quang trở cũng thay đổi theo bước sóng của ánh sáng tới.

LDR được làm từ vật liệu bán dẫn để cho phép chúng có đặc tính nhạy sáng. Nhiều vật liệu có thể được sử dụng, nhưng một vật liệu phổ biến cho các tế bào quang trở này là cadmium sulphide, CdS, mặc dù việc sử dụng các tế bào này hiện bị hạn chế ở Châu Âu vì các vấn đề môi trường với việc sử dụng cadmium.

Tương tự cadmium CdSe cũng bị hạn chế. Các vật liệu khác có thể được sử dụng bao gồm chì sunfua, PbS và antimonide indium, InSb.

Mặc dù vật liệu bán dẫn được sử dụng cho các tế bào quang trở này, chúng hoàn toàn là thiết bị thụ động vì chúng không có tiếp giáp PN và điều này ngăn cách chúng với các bộ tách sóng quang khác như điốt quang và bộ truyền quang.

LDR / ký hiệu điện trở quang

Biểu tượng LDR được sử dụng trong các mạch điện tử dựa trên biểu tượng mạch điện trở, nhưng hiển thị ánh sáng, dưới dạng các mũi tên chiếu vào nó. Bằng cách này, nó tuân theo cùng một quy ước được sử dụng cho các ký hiệu mạch photodiode và phototransistor, nơi các mũi tên được sử dụng để hiển thị ánh sáng chiếu xuống các thành phần này.

Các ký hiệu mạch điện trở / điện trở quang phụ thuộc ánh sáng được hiển thị cho cả ký hiệu điện trở kiểu mới hơn, tức là hình hộp chữ nhật và các ký hiệu mạch điện trở đường zig-zag cũ hơn.

Cách thức hoạt động của LDR

Tương đối dễ hiểu những điều cơ bản về cách thức hoạt động của LDR mà không cần đi sâu vào các giải thích phức tạp. Đầu tiên cần phải hiểu rằng dòng điện bao gồm chuyển động của các electron bên trong vật liệu.

Vật dẫn điện tốt có một số lượng lớn các điện tử tự do có thể trôi theo một hướng nhất định dưới tác dụng của hiệu điện thế. Chất cách điện có điện trở cao có rất ít điện tử tự do, và do đó khó có thể làm cho chúng chuyển động và do đó có dòng điện chạy qua.

LDR hoặc điện trở quang được làm bằng bất kỳ vật liệu bán dẫn nào có điện trở cao. Nó có điện trở cao vì có rất ít điện tử tự do và có thể di chuyển – đại đa số các điện tử bị khóa trong mạng tinh thể và không thể di chuyển. Do đó ở trạng thái này có một điện trở LDR cao.

Khi ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn, các photon ánh sáng bị mạng tinh thể bán dẫn hấp thụ và một phần năng lượng của chúng được chuyển cho các electron. Điều này cung cấp cho một số chúng đủ năng lượng để phá vỡ mạng tinh thể để sau đó chúng có thể dẫn điện. Điều này dẫn đến việc giảm điện trở của chất bán dẫn và do đó là điện trở LDR tổng thể.

Quá trình này đang tiến triển và khi có nhiều ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn LDR, do đó, nhiều điện tử được giải phóng để dẫn điện và điện trở giảm sâu hơn.

Cấu trúc điện trở quang / LDR

Về mặt cấu tạo, điện trở quang là một điện trở nhạy sáng có thân nằm ngang tiếp xúc với ánh sáng.

Định dạng cơ bản cho một điện trở quang như sau:

Vùng bán dẫn hoạt động thường được lắng đọng trên một chất nền bán cách điện và vùng hoạt động thường được pha tạp nhẹ.

Trong nhiều thiết bị điện trở quang rời rạc, một mẫu xen kẽ chữ số được sử dụng để tăng diện tích của điện trở quang tiếp xúc với ánh sáng. Hoa văn được cắt theo cách luyện kim trên bề mặt của vùng hoạt động và điều này cho phép ánh sáng xuyên qua. Hai vùng luyện kim hoạt động như hai điểm tiếp xúc của điện trở. Khu vực này phải được làm tương đối lớn vì sức cản của tiếp xúc với khu vực hoạt động cần được giảm thiểu.

Loại cấu trúc này được sử dụng rộng rãi cho nhiều quang trở nhỏ hoặc điện trở phụ thuộc ánh sáng được nhìn thấy. Mô hình giữa các chữ số khá dễ nhận biết.

Vật liệu được sử dụng cho photoresists là chất bán dẫn và bao gồm các vật liệu như CdSe, CdS, CdTe, InSb, InP, PbS, PbSe, Ge, Is, GaAs. Mỗi vật liệu cho các đặc tính khác nhau về độ nhạy của bước sóng, v.v.

Vì những lo ngại về môi trường của việc sử dụng Cadmium, vật liệu này không được sử dụng cho sản phẩm ở Châu Âu.

Các loại điện trở quang

Điện trở phụ thuộc ánh sáng, LDR hoặc điện trở quang thuộc một trong hai loại hoặc loại:

Tế bào quang điện trở bên trong: Tế bào quang điện trở bên trong sử dụng vật liệu bán dẫn không pha tạp chất bao gồm silicon hoặc germani. Các photon rơi trên LDR kích thích các electron di chuyển chúng từ vùng hóa trị sang vùng dẫn. Kết quả là các electron này tự do dẫn điện. Càng nhiều ánh sáng chiếu vào thiết bị, càng nhiều electron được giải phóng và mức độ dẫn điện càng lớn, và điều này dẫn đến mức độ điện trở thấp hơn.

Tế bào quang điện trở ngoài: Tế bào quang điện trở ngoài được sản xuất từ ​​chất bán dẫn của vật liệu có pha tạp chất. Các tạp chất hoặc chất pha tạp này tạo ra một vùng năng lượng mới trên vùng hoá trị hiện có. Kết quả là, các electron cần ít năng lượng hơn để chuyển đến vùng dẫn vì khoảng trống năng lượng nhỏ hơn.
Bất kể loại điện trở phụ thuộc ánh sáng hay điện trở quang, cả hai loại đều thể hiện sự gia tăng độ dẫn điện hoặc giảm điện trở khi mức độ ánh sáng tới tăng dần.

Sự phụ thuộc tần số LDR

Độ nhạy của quang trở thay đổi theo bước sóng của ánh sáng tác động vào vùng nhạy cảm của thiết bị. Hiệu ứng này rất rõ rệt và người ta thấy rằng nếu bước sóng nằm ngoài một phạm vi nhất định thì không có hiệu ứng đáng chú ý.

Các thiết bị được làm từ các vật liệu khác nhau phản ứng khác nhau với ánh sáng có bước sóng khác nhau và điều này có nghĩa là các thành phần điện tử khác nhau có thể được sử dụng cho các ứng dụng khác nhau.

Người ta cũng thấy rằng các nhà quang học bên ngoài có xu hướng nhạy cảm hơn với ánh sáng có bước sóng dài hơn và có thể được sử dụng cho tia hồng ngoại. Tuy nhiên khi làm việc với tia hồng ngoại, phải cẩn thận để tránh sự tích tụ nhiệt gây ra nhưng tác dụng hưng phấn của bức xạ.

Độ trễ của điện trở quang / điện trở phụ thuộc ánh sáng

Một khía cạnh quan trọng liên quan đến điện trở quang hoặc điện trở phụ thuộc ánh sáng là độ trễ hoặc thời gian cần thiết để linh kiện điện tử phản ứng với bất kỳ thay đổi nào. Khía cạnh này có thể đặc biệt quan trọng đối với thiết kế mạch.

Phải mất một khoảng thời gian đáng chú ý từ bất kỳ thay đổi nào về mức độ ánh sáng trước khi LDR / điện trở quang đạt được giá trị cuối cùng của nó cho mức ánh sáng mới và vì lý do này, LDR / điện trở quang không phải là lựa chọn tốt khi có các giá trị thay đổi nhanh hợp lý ánh sáng. Tuy nhiên, khi sự thay đổi ánh sáng diễn ra trong một khoảng thời gian, chúng là quá đủ.

Tốc độ thay đổi điện trở được gọi là tỷ lệ phục hồi điện trở. LDR / điện trở quang thường phản hồi trong vòng vài chục mili giây khi ánh sáng được chiếu vào sau khi bóng tối hoàn toàn, nhưng khi loại bỏ ánh sáng, có thể mất đến một giây hoặc lâu hơn để điện trở đạt đến mức cuối cùng.

Chính vì lý do này mà một trong những thông số kỹ thuật thường được trích dẫn trong bảng dữ liệu linh kiện điện tử cho quang trở là điện trở tối sau một thời gian nhất định, thường tính bằng giây. Thường có hai giá trị được trích dẫn, một giá trị trong một giây và giá trị khác trong năm giây. Chúng cho thấy một dấu hiệu về độ trễ của điện trở.

Ứng dụng của điện trở quang

Quang trở được tìm thấy trong nhiều ứng dụng khác nhau và có thể được nhìn thấy trong nhiều thiết kế mạch điện tử khác nhau. Chúng có cấu trúc rất đơn giản và là những thiết bị có giá thành thấp và chắc chắn. Chúng được sử dụng rộng rãi trong nhiều hạng mục khác nhau của thiết bị điện tử và thiết kế mạch bao gồm đồng hồ đo ánh sáng chụp ảnh, báo cháy hoặc báo khói cũng như báo trộm, và chúng cũng được sử dụng như điều khiển ánh sáng cho đèn đường.

Các tế bào quang trở bên ngoài cung cấp độ nhạy cho các bước sóng dài hơn và kết quả là chúng phổ biến trong các thiết kế mạch điện tử khác nhau như các bộ tách sóng quang màu đỏ thông tin. Quang trở cũng có thể được sử dụng để phát hiện bức xạ hạt nhân.

Thông số kỹ thuật điện trở phụ thuộc ánh sáng
Có một số thông số kỹ thuật quan trọng đối với điện trở phụ thuộc ánh sáng, LDR / quang trở khi xem xét việc sử dụng chúng trong bất kỳ thiết kế mạch điện tử nào.

Các thông số kỹ thuật của điện trở quang này bao gồm:

Một điện trở phụ thuộc ánh sáng điển hình, thông số kỹ thuật LDR / điện trở quang có thể là:

LDR là các thành phần điện tử rất hữu ích có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng cảm biến ánh sáng và các thiết kế mạch điện tử liên quan của chúng. Vì điện trở LDR thay đổi trong một phạm vi rộng như vậy, chúng đặc biệt hữu ích và có nhiều thiết kế mạch LDR có sẵn ngoài bất kỳ hình ảnh nào được trình bày ở đây. Để sử dụng các thành phần điện tử này, cần phải biết một số điều về cách hoạt động của LDR, điều này đã được giải thích ở trên.