LDR là gì?
LDR (Light Dependent Resistor), còn gọi là photoresistor hoặc photocell, là điện trở làm từ vật liệu bán dẫn nhạy sáng (thường là cadmium sulfide — CdS hoặc cadmium selenide — CdSe). Khi photon ánh sáng chiếu vào, electron bị kích thích tạo ra hạt tải điện mới → điện trở giảm.
LDR không phân cực, dùng được cho cả AC và DC. Hình dạng điển hình: đĩa tròn đường kính 5-20mm với đường ziczac trên mặt (tăng diện tích nhạy sáng).
Đặc tính điện của LDR
- Điện trở tối (dark resistance): 1MΩ trở lên khi không có ánh sáng.
- Điện trở sáng (light resistance): 1kΩ xuống vài trăm Ω dưới ánh sáng mặt trời hoặc đèn mạnh (100 lux trở lên).
- Thời gian phản hồi: Chậm hơn photodiode — khoảng 10-100ms (đủ cho ứng dụng không cần tốc độ cao).
- Bước sóng nhạy nhất: CdS nhạy nhất ở 540nm (ánh sáng xanh lá/vàng — gần với cảm nhận của mắt người). CdSe nhạy ở vùng đỏ/hồng ngoại gần.
- Điện áp tối đa: Thường 100-150VDC/VAC tùy loại. Dòng tối đa vài chục mA.
Mạch chia áp với LDR
Ứng dụng cơ bản nhất: mạch chia áp (voltage divider) để chuyển điện trở thành tín hiệu điện áp đọc bằng ADC vi điều khiển.
Sơ đồ: VCC — LDR — nút A (điểm đọc ADC) — R_cố_định — GND
- V_A = VCC × R_cố_định / (LDR + R_cố_định)
- Khi tối: LDR lớn → V_A nhỏ (gần 0V)
- Khi sáng: LDR nhỏ → V_A lớn (gần VCC)
Chọn R_cố_định: Chọn bằng giá trị trung gian của LDR tại ngưỡng sáng/tối mong muốn để tối đa hóa độ nhạy. Ví dụ: LDR tối = 100kΩ, LDR tại ngưỡng = 10kΩ → chọn R = 10kΩ cho đường cong chuyển đổi đều nhất.
Ứng dụng thực tế
Đèn đường tự động
LDR đặt ngoài trời: khi ánh sáng ban ngày (LDR thấp) → transistor hoặc relay ngắt đèn. Khi tối (LDR cao) → transistor dẫn → relay đóng → đèn bật. Mạch đơn giản nhất chỉ cần LDR + R + transistor NPN + relay.
Cảm biến ánh sáng Arduino/ESP32
Nối LDR vào chân ADC (A0 trên Arduino Uno). Đọc giá trị ADC 0-1023 (10-bit) tương ứng điện áp 0-5V. Lập trình ngưỡng: nếu ADC < 300 thì tối → bật LED/relay.
Các ứng dụng khác
- Đồ chơi tự động bật khi đem vào phòng tối.
- Màn hình tự động điều chỉnh độ sáng theo ánh sáng môi trường (backlight control).
- Cảm biến đếm vật thể qua tia sáng (đơn giản hơn photodiode).
- Mạch chụp ảnh tia sét (trigger flash khi có ánh sáng đột ngột).
LDR vs Photodiode vs Phototransistor
| Đặc tính | LDR | Photodiode | Phototransistor |
|---|---|---|---|
| Tốc độ phản hồi | Chậm (10-100ms) | Rất nhanh (ns) | Nhanh (µs) |
| Độ nhạy | Trung bình | Cao | Rất cao |
| Đầu ra | Điện trở thay đổi | Dòng điện nhỏ | Dòng khuếch đại |
| Phức tạp mạch | Đơn giản nhất | Cần khuếch đại | Đơn giản |
| Giá | Rất rẻ | Rẻ | Rẻ |
| Ứng dụng tốt | Đèn tự động, bật/tắt | Đo cường độ sáng, cảm biến tốc độ | Opto-coupler, encoder |
Chú ý: LDR chứa cadmium (Cd) — kim loại nặng độc hại. Tiêu chuẩn RoHS của EU hạn chế LDR trong thiết bị điện tử tiêu dùng. Photodiode và phototransistor là lựa chọn thay thế thân thiện môi trường hơn.