Nguyên tắc hoạt động của quang điện trở dựa vào hiện tượng gì? phân tích đầy đủ nhất

Bạn đã từng nghe nhiều đến ứng dụng của quang điện trở trong các thiết bị công nghiệp, máy móc nhưng vẫn chưa hiểu rõ cách hoạt động của linh kiện này? Bài viết dưới đây sẽ giúp bạn hiểu chi tiết hơn về nguyên tắc hoạt động của quang điện trở dựa vào cái gì, ưu nhược điểm và các ứng dụng thực tế của quang điện trở trong đời sống và sản xuất.

1/ Nguyên tắc hoạt động của quang điện trở dựa vào hiện tượng quang điện trong

Nguyên tắc hoạt động của quang điện trở dựa vào sự thay đổi điện trở theo cường độ ánh sáng, một đặc tính độc đáo nhờ hiện tượng quang điện trong. Hiểu rõ cơ chế này giúp người dùng tối ưu hóa việc sử dụng linh kiện trong các ứng dụng thực tế.

1.1 Định nghĩa hiện tượng quang điện trong là gì?

Hiện tượng quang điện trong là quá trình trong đó các photon ánh sáng tác động lên vật liệu bán dẫn, làm giải phóng các hạt dẫn điện (electron hoặc lỗ trống) từ dải hóa trị lên dải dẫn. Không giống hiện tượng quang điện ngoài (photon làm bắn electron ra khỏi bề mặt vật liệu), hiện tượng quang điện trong chỉ xảy ra bên trong vật liệu, tạo ra các cặp electron-lỗ trống mà không làm mất electron ra môi trường bên ngoài. 

1.2 Cơ chế giải phóng hạt tải điện khi có ánh sáng chiếu vào

Nguyên tắc hoạt động của quang điện trở dựa vào hiện tượng quang điện do. Do đó, khi không có ánh sáng, quang điện trở có rất ít electron tự do nằm trong vùng dẫn. Hầu hết electron đều bị ràng buộc chặt trong liên kết hóa học của tinh thể bán dẫn, nằm trong vùng hóa trị. Điều này giải thích tại sao quang điện trở có điện trở cao trong điều kiện tối.

Khi ánh sáng chiếu vào quang điện trở:

1. Photon ánh sáng truyền năng lượng cho electron trong vùng hóa trị
2. Nếu năng lượng nhận được đủ lớn (lớn hơn năng lượng vùng cấm), electron sẽ vượt qua vùng cấm và nhảy lên vùng dẫn
3. Electron trong vùng dẫn trở thành electron tự do, có khả năng di chuyển trong tinh thể và tham gia vào quá trình dẫn điện
4. Đồng thời, sự chuyển dịch của electron để lại các “lỗ trống” (hole) trong vùng hóa trị, cũng có khả năng tham gia vào quá trình dẫn điện
5. Sự gia tăng số lượng hạt tải điện (electron tự do và lỗ trống) làm tăng độ dẫn điện, hay nói cách khác là làm giảm điện trở của vật liệu

1.3 Chi tiết nguyên tắc hoạt động của quang điện trở

Nguyên tắc hoạt động của quang điện trở dựa vào sự thay đổi điện trở tương ứng với cường độ ánh sáng. Cụ thể:

• Trong điều kiện tối: Số lượng hạt tải điện tự nhiên rất thấp, chủ yếu do sự ion hóa nhiệt tạo ra. Kết quả là điện trở của linh kiện đạt giá trị cao nhất (có thể lên đến hàng megaohm).
• Khi có ánh sáng chiếu vào: Quá trình quang điện trong xảy ra, tạo ra các cặp electron-lỗ trống. Số lượng hạt tải điện tăng lên tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng. Điện trở của linh kiện giảm xuống, có thể chỉ còn vài trăm ohm khi ánh sáng đủ mạnh.