Tài liệu thiết kế máy chấm bài trắc nghiệm, chương 4 ppt

Chương 4:
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ
LÀM VIỆC CỦA MỘT SỐ LINH
KIỆN QUANG ĐIỆN TỬ
1. Quang điện trở:
a. Cấu tạo:
Quang trở có hình dạng bên ngoài không giống như
những điện trở thông thường, chúng có một lớp vỏ
ngoài bằng chất dẻo, sứ hay kim loại nhưng đặc điểm
nổi bật là có một cửa sổ bằng thủy tinh để ánh sáng đi
xuyên qua. Quang điện trở dùng trong công nghiệp
được chế tạo từ Sulfit chì để mức chỉ thò nhiệt động và
tình trạng nung nóng ở nhiệt độ tương đối thấp (từ 200
đến 400
o
C).
Đặc tuyến phổ nhiệt của quang điện trở được thể
hiện như hình sau:
Theo đường đặc tuyến của Sulfitbitmuyt, Sulfit chì
có tác dụng mạnh trong khu vực bức xạ hồng ngoại (
 =
1,8
 2,5 m).
Hình 01: Đặc tuyến
phổ của Sulfitbitmuyt
và Sulfitcatmi
Hình 02: Sơ đồ cấu
tạo quang trở
b. Nguyên lý hoạt động:
Khi chưa được chiếu sáng, dòng điện qua quang trở và
qua mạch nhỏ (hay lớn là tùy loại), gọi là dòng điện tối. Khi

được chiếu sáng, điện trở nội của quang trở giảm (hay tăng
là tùy loại) đáng kể làm cho dòng qua tăng theo. Giá trò 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
sóng.
c. Ứng dụng:
Quang điện trở được ứng dụng rộng trong nhiều
lónh vực cảm biến ánh sáng khác nhau tùy thuộc
vàonguyên lý hoạt động của chúng. Cụ thể là các lónh
vực sau:
 Phần tử phát hiện.
 Đo độ ánh sáng trong quang phổ.
 Cảm biến trong hệ tự động hóa.
 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 luôn có
một cửa sổ để ánh sáng lọt vào tác động lên lớp tiếp
giáp PN. Diod quang có thể được sử dụng với hai mục
đích hoàn toàn khác nhau, pin mặt trời và diod cảm
biến quang.
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. Dòng điện sẽ xuất hiện khi mạch ngoài và diod tạo thành

một vòng khép kín.
Giá trò của điện áp xuất hiện tùy thuộc vào
chất bán dẫn làm nên diod.
* Diod cảm biến quang:
Diod được phân cực nghòch đối với nguồn cung
cấp. Khi không được chiếu sáng, diod phân cực
nghòch làm cho mạch giống như bò hở, chỉ có lượng
dòng rỉ nhỏ trôi qua. Khi được chiếu sáng, mối nối
PN như được nối tắt, dòng có thể đổ qua diod.
c. Ứng dụng:
Diod quang được dùng trong các lónh vực sau:
 Đo ánh sáng.
 Cảm biến quang đo tốc độ.
 Điều khiển tự động trong các thiết bò chuyên về
quang học.
 Cảm biến trong hệ tự động hóa.
 Bảo vệ, chuyển mạch, báo động, …
3. Transistor quang
:
a. Cấu tạo:
BJT quang cũng giống các linh kiện quang điện khác,
đều có 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 ngoài có kích thước nhỏ để
quang không thể chiếu vào giữa lớp nền. Lớp nền phải đủ
mỏng để đưa để lượng quang hấp thụ có thể tác động đến
lớp tiếp giáp kề bên.
b. Nguyên lý hoạt động:
BJT quang không làm việc theo kiểu tự kích, khi có sự
tác dụng của ánh sáng mối nối tạo ra dòng điện tác động

đến Transistor quang, dòng điện này giống như dòng 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:
BJT quang với điện áp phân cực từ 3 đến 5V (nguồn áp
thông dụng trong nhiều lónh vực thiết kế), độ nhạy tín hiệu
lớn nên được sử dụng khá rộng rải và có thể thay thế được
nhiều linh kiện cảm biến quang điện.
Transistor quang được ứng dụng rộng rải trong việc
đóng ngắt mạch, điều khiển tự động, tín hiệu khuất, mạch
đếm,…
4. Bộ ghép quang Opto coupler
:
a. Cấu tạo:
Hình 03: Sơ đồ cấu tạo
BJT quang
Hình 04: Sơ đồ cấu tạo bộ
ghép quang Opto-coupler
Phần tử phát quang là Diod phát quang (LED, Light
Emitter Diod) còn phần tử cảm biến quang là linh kiện cảm
biến quang, thường sử dụng nhất là BJT quang.
b. Nguyên lý hoạt động:
Khi có 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 hòa).
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 đóng ngắt mạch điều khiển.

II. CÁC LOẠI CẢM BIẾN QUANG TRONG CÔNG
NGHIỆP:
Với môi trường làm việc trong hóa chất, nhiệt độ cao,… các
linh kiện cảm biến quang phải đảm bảo đạt các yếu cầu sau:
 Có độ bền cơ khí cao, giảm được chấn động, vận tốc
quét cao, chống run cơ học, …
 Có độ nhạy cảm cao, giảm tối thiểu được ảnh hưởng
của môi trường làm việc,…
 Thích hợp với nhu cầu và đáp ứng được nhu cầu sử
dụng.
Các hãng sản xuất thiết bò tự động đã đưa ra thò trường các
loại cảm biến đạt được các yêu cầu nói trên. Đề tài ứng dụng
cảm biến quang (Photo Electric Sensors) nên chỉ tập trung tìm
hiểu về loại cảm biến này.
Về ứng dụng người ta có thể chia cảm biến quang ra làm
hai loại: