QUANG ĐIỆN TỬ:
1. Quang điện trở:
a. Cấu tạo:
Quang trở cĩ hình dạng bên ngồi khơng giống như những điện trở thơng thường, chúng cĩ một lớp vỏ ngồi bằng chất dẻo, sứ hay kim loại nhưng đặc điểm nổi bật là cĩ một cửa sổ bằng thủy tinh để ánh sáng đi xuyên qua. Quang điện trở dùng trong cơng nghiệp được chế tạo từ Sulfit chì để mức chỉ thị nhiệt động và tình trạng nung nĩng ở nhiệt độ tương đối thấp (từ 200 đến 400oC).
Đặc tuyến phổ nhiệt của quang điện trở được thể hiện như hình sau:
Theo đường đặc tuyến của Sulfitbitmuyt, Sulfit chì cĩ tác dụng mạnh trong khu vực bức xạ hồng ngoại ( = 1,8 2,5 m).
b. Nguyên lý hoạt động:
Khi chưa được chiếu sáng, dịng điện qua quang trở và qua mạch nhỏ (hay lớn là tùy loại), gọi là dịng điện tối. Khi được chiếu sáng, điện trở nội của quang trở giảm (hay tăng là tùy loại) đáng kể làm cho dịng qua tăng theo. Giá trị của điện trở tùy thuộc vào cường độ ánh sáng chiếu vào qua cửa sổ thủy tinh. Hiện tượng này tùy thuộc vào loại chất làm nên quang trở được sử dụng, độ tạp chất và chiều dài bước sĩng.
c. Ứng dụng:
Quang điện trở được ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực cảm biến ánh sáng khác nhau tùy thuộc vàonguyên lý hoạt động của chúng. Cụ thể là các lĩnh vực sau:
Phần tử phát hiện.
Đo độ ánh sáng trong quang phổ. Cảm biến trong hệ tự động hĩa. Bảo vệ, chuyển mạch, báo động, … 2. Diod quang:
a. Cấu tạo:
Diod quang thường được cấu tạo từ chất bán dẫn phổ biến như Gecmani hay Silic. Chúng cũng như các diod khác nhưng đặc trưng của chúng chính là luơn cĩ một cửa sổ để ánh sáng lọt vào tác động lên lớp tiếp giáp PN. Diod quang cĩ thể được sử dụng với hai mục đích hồn tồn khác nhau, pin mặt trời và diod cảm biến quang.
Hình 01: Đặc tuyến phổ của Sulfitbitmuyt
và Sulfitcatmi
Hình 02: Sơ đồ cấu tạo quang trở
b. Nguyên lý hoạt động: * Pin mặt trời:
Khi được chiếu sáng, diện tích trên mối nối PN được tăng cường làm cho sức điện động trên hai đầu mối nối được hình thành. Dịng điện sẽ xuất hiện khi mạch ngồi và diod tạo thành một vịng khép kín.
Giá trị của điện áp xuất hiện tùy thuộc vào chất bán dẫn làm nên diod.
* Diod cảm biến quang:
Diod được phân cực nghịch đối với nguồn cung cấp. Khi khơng được chiếu sáng, diod phân cực nghịch làm cho mạch giống như bị hở, chỉ cĩ lượng dịng rỉ nhỏ trơi qua. Khi được chiếu sáng, mối nối PN như được nối tắt, dịng cĩ thể đổ qua diod.
c. Ứng dụng:
Diod quang được dùng trong các lĩnh vực sau: Đo ánh sáng.
Cảm biến quang đo tốc độ.
Điều khiển tự động trong các thiết bị chuyên về quang học. Cảm biến trong hệ tự động hĩa.
Bảo vệ, chuyển mạch, báo động, … 3. Transistor quang:
a. Cấu tạo:
BJT quang cũng giống các linh kiện quang điện khác, đều cĩ cửa sổ thủy tinh để cho ánh sáng xuyên qua. BJT quang để hở mối nối BC, ba lớp bán dẫn tạo nên hai lớp tiếp giáp. Một trong những lớp ngồi cĩ kích thước nhỏ để quang khơng thể chiếu vào giữa lớp nền. Lớp nền phải đủ mỏng để đưa để lượng quang hấp thụ cĩ thể tác động đến lớp tiếp giáp kề bên.
b. Nguyên lý hoạt động:
BJT quang khơng làm việc theo kiểu tự kích, khi cĩ sự tác dụng của ánh sáng mối nối tạo ra dịng điện tác động đến Transistor quang, dịng điện này giống như dịng kích vào cực B của các BJT thường. Độ nhạy của BJT quang tùy thuộc vào mối nối BC và độ lợi của mạch.
c. Ứng dụng:
Hình 03: Sơ đồ cấu tạo BJT quang
BJT quang với điện áp phân cực từ 3 đến 5V (nguồn áp thơng dụng trong nhiều lĩnh vực thiết kế), độ nhạy tín hiệu lớn nên được sử dụng khá rộng rải và cĩ thể thay thế được nhiều linh kiện cảm biến quang điện.
Transistor quang được ứng dụng rộng rải trong việc đĩng ngắt mạch, điều khiển tự động, tín hiệu khuất, mạch đếm,…
4. Bộ ghép quang Opto coupler:
a. Cấu tạo:
Phần tử phát quang là Diod phát quang (LED, Light Emitter Diod) cịn phần tử cảm biến quang là linh kiện cảm biến quang, thường sử dụng nhất là BJT quang.
b. Nguyên lý hoạt động:
Khi cĩ tín hiệu phân cực thuận cho Led, diod phát quang này sẽ phát sáng và kích thích vào mối nối BC của BJT quang (phần tử cảm biến quang) làm cho BTJ làm việc ở trạng thái dẫn (thường là dẫn bảo hịa).
c. Ứng dụng:
Với ưu điểm là tần số đáp ứng nhanh, tổn hao ít người ta thường sử dụng bộ ghép quang Opto-coupler vào các phạm vi đĩng ngắt mạch điều khiển.