Trên trang này
LDR là viết tắt của Light-Dependent Resistor (điện trở phụ thuộc ánh sáng). Đây là một cảm biến ánh sáng thụ động, hai đầu nối, có điện trở giảm dần khi cường độ ánh sáng chiếu vào bề mặt nhạy sáng tăng lên. LDR còn được gọi là quang trở, tế bào quang dẫn, hoặc đôi khi là tế bào quang điện.
Không giống như photodiode hay phototransistor, LDR không tự tạo ra dòng điện đầu ra xác định. Nó hoạt động như một điện trở biến thiên, vì vậy trong thực tế, mạch điện thường kết hợp nó với một điện trở cố định, bộ so sánh, transistor, rơ le hoặc đầu vào bộ điều khiển.
| Thông tin nhanh về LDR | Câu trả lời |
|---|---|
| Dạng đầy đủ | Điện trở quang |
| Loại linh kiện | Cảm biến quang dẫn thụ động |
| Thiết bị đầu cuối | Hai |
| Cực tính | Không có |
| Ánh sáng mạnh hơn thường gây ra | Điện trở thấp hơn |
| Ánh sáng yếu hơn thường gây ra | Điện trở cao hơn |
| Vai trò phổ biến trong mạch điện | Một phần tử của bộ chia điện áp |
| Hạn chế chính | Phản hồi phi tuyến tính và tương đối chậm so với các thiết bị quang điện bán dẫn |
LDR là một trong những từ viết tắt có trong VIOX Tài liệu tham khảo về các thuật ngữ viết tắt trong ngành điện. Bài viết này giải thích đặc tính điện đằng sau định nghĩa đó.
LDR có nghĩa là gì trong công việc điện và điện tử?
Tên gọi mô tả trực tiếp linh kiện này:
- Phụ thuộc vào ánh sáng có nghĩa là điện trở của nó thay đổi theo ánh sáng chiếu vào.
- Điện trở có nghĩa là đại lượng điện là điện trở, được đo bằng ohm.
Trong bóng tối, có tương đối ít hạt tải điện trong vật liệu nhạy sáng, vì vậy điện trở ở mức cao. Khi vật liệu hấp thụ ánh sáng phù hợp, các hạt tải điện bổ sung sẽ xuất hiện và độ dẫn điện tăng lên. Do đó, điện trở giảm xuống.
Mối quan hệ nghịch đảo này là đặc tính xác định:
Độ rọi cao hơn thường tạo ra điện trở LDR thấp hơn; độ rọi thấp hơn thường tạo ra điện trở LDR cao hơn.
Từ “thường” rất quan trọng. Điện trở chính xác phụ thuộc vào vật liệu thiết bị, bước sóng ánh sáng, độ rọi, nhiệt độ, mức độ tiếp xúc trước đó và phương pháp thử nghiệm do nhà sản xuất quy định.
LDR có giống với quang trở không?
Đúng. LDR và quang trở thường đề cập đến cùng một loại linh kiện. “Tế bào quang dẫn” là thuật ngữ kỹ thuật mang tính mô tả chính xác hơn vì thiết bị hoạt động thông qua hiện tượng quang dẫn.
“Photocell” (tế bào quang điện) cũng có thể ám chỉ LDR, nhưng thuật ngữ này rộng hơn và có thể đề cập đến các thiết bị nhạy sáng khác hoặc các cụm điều khiển hoàn chỉnh. Do đó, bảng kê vật tư nên sử dụng tên linh kiện và mã linh kiện chính xác thay vì chỉ dựa vào từ “photocell”.
LDR hoạt động như thế nào?
LDR sử dụng một đường dẫn bán dẫn nhạy sáng được hình thành giữa hai đầu nối dẫn điện. Đường dẫn này thường được bố trí theo kiểu ngoằn ngoèo để tạo ra điện trở hữu ích trên một diện tích cảm biến nhỏ gọn.
Hoạt động của nó dựa trên quang dẫn:
- Trong điều kiện ánh sáng yếu, vật liệu có ít hạt mang điện di động và thể hiện điện trở cao.
- Các photon tới truyền năng lượng cho các electron trong vật liệu nhạy sáng.
- Các photon có đủ năng lượng sẽ làm tăng số lượng hạt mang điện khả dụng.
- Độ dẫn điện tăng lên, do đó điện trở giảm xuống.
- Khi ánh sáng bị loại bỏ, thiết bị trở về trạng thái điện trở tối, nhưng không phải ngay lập tức.
Phản hồi phụ thuộc vào cả cường độ ánh sáng và bước sóng. Một thiết bị phản ứng mạnh với ánh sáng xanh lục khả kiến có thể hoạt động khác biệt dưới ánh sáng hồng ngoại, ngay cả khi máy đo ánh sáng thông dụng báo cáo mức độ rọi tương đương.
Điện trở so với độ rọi là phi tuyến
LDR không phải là cảm biến lux tuyến tính chính xác. Trong một phạm vi nhất định, các nhà sản xuất có thể biểu diễn đặc tính của nó bằng một mối quan hệ thực nghiệm như:
R = A × E^(-γ)ở những nơi:
Rlà điện trở của tế bào;Elà độ rọi;Mộtlà một hằng số phụ thuộc vào thiết bị;γmô tả độ dốc của đường cong điện trở theo độ rọi.
Cả hai hằng số đều phụ thuộc vào kiểu máy và điều kiện. Phương trình này chỉ hữu ích để ước tính đặc tính mạch điện khi nó được khớp với đường cong trong bảng dữ liệu của thiết bị đã chọn hoặc các mẫu đo được. Nó không nên được coi là một công thức LDR phổ quát.
Ký hiệu và cực tính của LDR
Ký hiệu mạch điện dựa trên ký hiệu điện trở với hai mũi tên hướng về phía nó. Các mũi tên đại diện cho ánh sáng tới. Tùy thuộc vào quy ước vẽ, điện trở và các mũi tên có thể xuất hiện bên trong một vòng tròn.
Một LDR thông thường có không có đầu nối dương hoặc âm. Bất kỳ dây dẫn nào cũng có thể kết nối về phía nguồn hoặc đất. Điều làm thay đổi phản ứng của mạch điện không phải là cực tính của LDR, mà là vị trí của nó trong mạch điện.
Sự khác biệt này giúp ngăn ngừa một hiểu lầm phổ biến: việc đảo ngược LDR không làm đảo ngược tác động cảm biến của nó, nhưng việc hoán đổi vị trí giữa LDR và điện trở cố định trong bộ chia điện áp sẽ làm đảo ngược hướng thay đổi của điện áp đầu ra.
Cách thức hoạt động của LDR trong bộ chia điện áp
Bộ điều khiển thường không thể đo điện trở trực tiếp tại đầu vào điện áp tiêu chuẩn. Giải pháp phổ biến là kết hợp LDR với một điện trở cố định và chuyển đổi sự thay đổi điện trở thành sự thay đổi điện áp.
LDR được kết nối về phía nguồn cấp
Nếu LDR được kết nối giữa Vin và nút đầu ra, còn điện trở cố định được kết nối giữa đầu ra và đất:
Vout = Vin × Rfixed / (RLDR + Rfixed)Khi cường độ ánh sáng tăng lên, RLDR giảm xuống. Mẫu số trở nên nhỏ hơn, vì vậy điện áp đầu ra tăng lên.
LDR được kết nối về phía đất
Nếu điện trở cố định được kết nối với Vin và LDR được kết nối giữa đầu ra và đất:
Vout = Vin × RLDR / (Rfixed + RLDR)Khi cường độ ánh sáng tăng lên, RLDR giảm, vì vậy điện áp đầu ra giảm.
| Phản hồi mong muốn khi ánh sáng tăng | Cách bố trí bộ chia |
|---|---|
| Điện áp đầu ra sẽ tăng | LDR hướng về phía nguồn, điện trở cố định hướng về phía đất |
| Điện áp đầu ra sẽ giảm | Điện trở cố định hướng về phía nguồn, LDR hướng về phía đất |
Điện trở cố định xác định phạm vi cảm biến hữu ích. Một điểm khởi đầu thực tế thường là giá trị điện trở gần với giá trị dự kiến của LDR tại ngưỡng chuyển mạch mong muốn, sau đó là bước kiểm chứng dưới phổ ánh sáng thực tế của đèn, hình học lắp đặt, nhiệt độ và các điều kiện của vỏ thiết bị.
Cách đọc bảng dữ liệu LDR
Đừng chỉ chọn LDR dựa trên đường kính hoặc “điện trở ánh sáng” được quảng cáo. Các điều kiện thử nghiệm đi kèm với mỗi thông số định mức là một phần của đặc tính kỹ thuật.
| Thông số bảng dữ liệu | Điều đó cho bạn biết | Tại sao điều kiện thử nghiệm lại quan trọng |
|---|---|---|
| Điện trở khi được chiếu sáng | Điện trở tại một mức độ rọi xác định | Mức Lux, phổ nguồn sáng hoặc nhiệt độ màu và dung sai ảnh hưởng đến giá trị này |
| Điện trở tối | Điện trở sau khi loại bỏ ánh sáng | Các nhà sản xuất có thể quy định một khoảng thời gian tối xác định trước khi đo |
| Tỷ số điện trở hoặc hệ số nhạy | Sự thay đổi giữa hai mức ánh sáng đã nêu | Hữu ích cho phạm vi ngưỡng và so sánh giữa các linh kiện |
| Đáp ứng phổ | Dải bước sóng và độ nhạy cực đại | Một thiết bị có thể phản ứng khác nhau với ánh sáng ban ngày, đèn LED và các nguồn hồng ngoại |
| Thời gian tăng và giảm | Tốc độ phản hồi từ sáng sang tối và từ tối sang sáng | Hai hướng này có thể có thời gian phản hồi khác nhau |
| Điện áp và công suất tối đa | Các giới hạn ứng suất điện | Việc vượt quá một trong hai giới hạn này có thể làm hỏng hoặc gây trôi giá trị của tế bào |
| Nhiệt độ hoạt động | Phạm vi nhiệt độ môi trường hoặc nhiệt độ thân máy cho phép | Điện trở và ngưỡng chuyển mạch có thể thay đổi theo nhiệt độ |
Ví dụ, Luna Optoelectronics PDV-P9001 bảng dữ liệu quy định điện trở khi được chiếu sáng dưới 10 lux từ nguồn 2856 K, điện trở tối sau một khoảng thời gian nhất định, đáp ứng phổ, và thời gian tăng/giảm riêng biệt. Những số liệu đó hữu ích cho kiểu máy này vì các điều kiện đã được xác định; chúng không phải là các giá trị LDR phổ quát. Xem bảng dữ liệu của nhà sản xuất PDV-P9001.
LDR được sử dụng ở đâu?
LDR phù hợp khi một mạch điện cần chỉ báo kinh tế về độ sáng môi trường và không yêu cầu đo quang học tốc độ cao hoặc độ chính xác cao.
| Ứng dụng | Cách sử dụng LDR | Cân nhắc thiết kế |
|---|---|---|
| Chiếu sáng tự động từ hoàng hôn đến bình minh | Phát hiện khi ánh sáng môi trường vượt ngưỡng | Thêm độ trễ hoặc thời gian trễ để ngăn hiện tượng chập chờn gần điểm chuyển mạch |
| Điều khiển độ sáng màn hình | Điều chỉnh đèn nền theo ánh sáng phòng | Tính đến các cửa sổ vỏ tủ và ánh sáng do chính màn hình phát ra |
| Cảnh báo sáng và tối | Thay đổi trạng thái bộ so sánh khi ánh sáng bị chặn hoặc được chiếu vào | Che chắn cảm biến khỏi các nguồn sáng không mong muốn |
| Điều khiển máy ảnh hoặc thiết bị tiêu dùng | Cung cấp chỉ báo ánh sáng môi trường xung quanh trên diện rộng | Việc hiệu chuẩn và tốc độ phản hồi có thể làm hạn chế độ chính xác |
| Các mạch điều khiển giáo dục | Minh họa việc cảm biến, bộ chia điện áp, chuyển mạch transistor hoặc điều khiển rơ le | Giữ dòng điện tải không đi qua LDR và sử dụng tầng điều khiển phù hợp |
LDR thường nên được coi là một phần tử cảm biến, không phải là thiết bị trực tiếp đóng cắt đèn, động cơ, cuộn dây khởi động từ hoặc các tải khác. Đầu ra của bộ chia điện áp có thể cấp cho bộ so sánh, transistor, đầu vào vi điều khiển hoặc một giao diện khác được chọn cho tải đó.
LDR so với Photodiode so với Phototransistor
Tất cả các thiết bị này đều phản ứng với ánh sáng, nhưng chúng không cung cấp cùng một đầu ra điện.
| Thiết bị | Đặc tính đầu ra chính | Tốc độ tương đối | Phù hợp nhất |
|---|---|---|---|
| LDR / quang trở | Điện trở thay đổi theo ánh sáng | Tương đối chậm | Độ sáng môi trường và điều khiển ngưỡng đơn giản |
| Điốt quang | Ánh sáng tạo ra dòng điện liên quan đến đầu vào quang học | Nhanh | Đo lường, truyền thông và phát hiện nhanh |
| Phototransistor | Ánh sáng điều khiển dòng điện của bóng bán dẫn | Nhanh hơn LDR thông thường, có độ khuếch đại | Phát hiện vật thể và đóng cắt ở những nơi cần độ nhạy cao hơn |
| Cảm biến ánh sáng môi trường kỹ thuật số | Đầu ra kỹ thuật số đã hiệu chuẩn hoặc đã qua xử lý | Phụ thuộc vào thiết bị | Các hệ thống yêu cầu tính lặp lại, tích hợp kỹ thuật số hoặc dữ liệu định hướng theo lux |
Hãy chọn LDR khi sự đơn giản và khả năng phát hiện ánh sáng môi trường diện rộng quan trọng hơn tốc độ, tính tuyến tính và phép đo đã hiệu chuẩn. Hãy chọn cảm biến quang học khác khi ứng dụng yêu cầu phản hồi nhanh, các chỉ số lux có thể lặp lại, sự phù hợp về phổ xác định hoặc giao tiếp kỹ thuật số.
Những hạn chế quan trọng của LDR
Thiết kế LDR cần tính đến các hạn chế sau:
- Tính phi tuyến tính: điện trở không thay đổi tỷ lệ thuận với lux.
- Độ trễ phản hồi: điện trở cần thời gian để ổn định sau khi thay đổi cường độ chiếu sáng.
- Dung sai linh kiện: các thiết bị cùng dòng có thể có dải điện trở rộng.
- Sự phụ thuộc vào nhiệt độ: ngưỡng chuyển mạch có thể thay đổi khi nhiệt độ thay đổi.
- Sự phụ thuộc vào phổ ánh sáng: ánh sáng ban ngày và các công nghệ đèn khác nhau có thể không tạo ra phản hồi tương đương.
- Lịch sử và các tác động lão hóa: điều kiện chiếu sáng và vận hành trước đó có thể ảnh hưởng đến độ lặp lại.
- Tuân thủ vật liệu: nhiều điện trở quang truyền thống sử dụng cadmi sunfua. Hãy xác minh bản khai báo vật liệu, trạng thái tuân thủ Chỉ thị hạn chế các chất nguy hiểm (RoHS), các trường hợp miễn trừ và các yêu cầu của thị trường đích đối với linh kiện đã chọn thay vì giả định sự tuân thủ dựa trên tên linh kiện. Cơ quan Hóa chất Châu Âu về cơ sở dữ liệu miễn trừ RoHS cho thấy các trường hợp miễn trừ đối với cadmi là dành riêng cho từng ứng dụng.
Những hạn chế này không làm cho LDR trở nên không phù hợp. Chúng xác định các công việc mà nó thực hiện tốt: phát hiện sáng/tối chi phí thấp và điều khiển ánh sáng môi trường xấp xỉ với một mạch điện được thiết kế dựa trên các dung sai của nó.
Những Câu Hỏi Thường
Dạng đầy đủ của LDR là gì?
LDR là viết tắt của Điện trở quang. Nó còn được gọi là quang trở hoặc tế bào quang dẫn.
Điện trở của LDR tăng hay giảm khi có ánh sáng?
Đối với một LDR thông thường, điện trở giảm khi ánh sáng tới tăng và tăng lên khi mức độ ánh sáng giảm xuống.
LDR có phân cực không?
Không. Một LDR hai đầu nối cơ bản là không phân cực, vì vậy bất kỳ đầu nối nào cũng có thể kết nối theo chiều nào. Vị trí của nó so với điện trở cố định sẽ quyết định điện áp đầu ra của bộ chia áp tăng hay giảm theo ánh sáng.
LDR là linh kiện chủ động hay thụ động?
LDR là một linh kiện thụ động. Nó thay đổi điện trở để phản ứng với ánh sáng nhưng không cung cấp khuếch đại công suất hoặc đầu ra kỹ thuật số tự cấp nguồn.
LDR có thể đo lux chính xác không?
LDR có thể chỉ báo những thay đổi tương đối về ánh sáng và có thể được hiệu chuẩn trong một phạm vi giới hạn, nhưng nhìn chung đây không phải là lựa chọn hàng đầu để đo lux chính xác. Cần phải xem xét đến phản hồi phi tuyến tính, dung sai, độ nhạy phổ, sự phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gian phản hồi của thiết bị.
Bản tóm tắt
LDR có nghĩa là Điện trở quang. Linh kiện này sử dụng tính quang dẫn: ánh sáng tới phù hợp hơn sẽ tạo ra nhiều hạt tải điện hơn, làm tăng độ dẫn điện và giảm điện trở. Nó có hai đầu nối không phân cực và thường được sử dụng trong bộ chia điện áp để chuyển đổi các thay đổi ánh sáng thành điện áp có thể đo lường được.
Để thiết kế đáng tin cậy, hãy chọn LDR dựa trên điện trở khi được chiếu sáng trong các điều kiện quy định, điện trở tối, phản hồi phổ, thời gian phản hồi, giới hạn điện áp và công suất, phạm vi nhiệt độ và tài liệu tuân thủ vật liệu. Đừng áp dụng điện trở “điển hình” của một model cho mọi LDR.