LDR o Resistencia dependiente de la luz, Light Dependent Resistor

¿Qué es un, LDR, resistencia dependiente de la luz y sus aplicaciones?

Una resistencia dependiente de la luz (también conocida como fotoresistor o LDR) es un dispositivo cuya resistividad es una función de la radiación electromagnética incidente. Los LDR se fabrican con materiales semiconductores para que puedan tener sus propiedades sensibles a la luz. Por lo tanto, son dispositivos sensibles a la luz. Cuando la luz cae sobre él, la resistencia cambia. Los valores de la resistencia de la LDR pueden cambiar en muchos órdenes de magnitud el valor de la resistencia que cae a medida que el nivel de luz aumenta. También se les llama fotoconductores, células fotoconductoras o simplemente fotocélulas.

Están hechos de materiales semiconductores de alta resistencia. Hay muchos símbolos diferentes usados para indicar un fotoresistor o LDR, uno de los más usados se muestra en la siguiente figura. La flecha indica la luz que cae sobre él.

Las resistencias dependientes de la luz, LDR o fotoresistores se utilizan a menudo en circuitos en los que es necesario detectar la presencia o el nivel de luz.

Aunque también pueden utilizarse otros dispositivos como fotodiodos o fototransistores, los LDR o fotoresistores son un componente electrónico particularmente conveniente de utilizar. Proporcionan un gran cambio en la resistencia para los cambios en el nivel de luz.

En vista de su bajo coste, facilidad de fabricación y facilidad de uso, los LDR se han utilizado en una variedad de aplicaciones diferentes. En un momento dado, los LDR se utilizaron en medidores fotográficos de luz, e incluso ahora se siguen utilizando en una variedad de aplicaciones en las que es necesario detectar los niveles de luz.

Un fotoresistor o resistencia dependiente de la luz es un componente que es sensible a la luz.

No es raro que los valores de resistencia de un LDR o fotoresistor sean de varios megaohmios en la oscuridad y luego caigan a unos pocos cientos de ohmios en luz brillante. Con una variación tan amplia en la resistencia, los LDR son fáciles de usar y hay muchos circuitos LDR disponibles. La sensibilidad de las resistencias o fotoresistores dependientes de la luz también varía con la longitud de onda de la luz incidente.

Se pueden utilizar muchos materiales, pero un material popular para estas fotoresistores es el sulfuro de cadmio, CdS, aunque el uso de estas células está ahora restringido en Europa debido a los problemas ambientales con el uso del cadmio. De manera similar, el CdSe de cadmio también está restringido. Otros materiales que pueden utilizarse son el sulfuro de plomo, PbS, y el antimonido de indio, InSb.

Aunque se utiliza un material semiconductor para estas fotoresistores, son dispositivos puramente pasivos porque no poseen una unión PN, y esto los separa de otros fotodetectores como los fotodiodos y los fototransistores.

Principio de funcionamiento del fotoresistor (LDR)

Entonces, ¿cómo funciona exactamente una fotoresistencia (es decir, una resistencia dependiente de la luz o LDR)? Los LDR funcionan basados en el principio de la fotoconductividad. La fotoconductividad es un fenómeno óptico en el que la conductividad del material aumenta cuando la luz es absorbida por el material.

Cuando la luz cae, es decir, cuando los fotones caen sobre el dispositivo, los electrones de la banda de valencia del material semiconductor son excitados a la banda de conducción. Estos fotones en la luz incidente deberían tener una energía mayor que la del hueco de la banda del material semiconductor para hacer que los electrones salten de la banda de valencia a la banda de conducción.

Por lo tanto, cuando la luz que tiene suficiente energía incide en el dispositivo, más y más electrones son excitados a la banda de conducción, lo que resulta en un gran número de portadores de carga. El resultado de este proceso es que cada vez más corriente comienza a fluir a través del dispositivo cuando el circuito se cierra y por lo tanto se dice que la resistencia del dispositivo ha disminuido. Este es el principio de funcionamiento más común de la LDR.

Características del Fotoresistor (LDR)

Los fotoresistores LDR son dispositivos dependientes de la luz cuya resistencia disminuye cuando la luz cae sobre ellos y aumenta en la oscuridad. Cuando una resistencia dependiente de la luz se mantiene en la oscuridad, su resistencia es muy alta. Esta resistencia se denomina resistencia en la oscuridad. Puede llegar a ser tan alta como 1012 Ω y si se permite al dispositivo absorber la luz su resistencia se reducirá drásticamente. Si se le aplica un voltaje constante y se aumenta la intensidad de la luz, la corriente comienza a aumentar. La figura de abajo muestra la resistencia frente a la curva de iluminación para un LDR en particular.

Las fotocélulas o LDR son dispositivos no lineales. Su sensibilidad varía con la longitud de onda de la luz que incide en ellas. Algunas fotocélulas pueden no responder en absoluto a un cierto rango de longitudes de onda. Basándose en el material utilizado, las diferentes células tienen diferentes curvas de respuesta espectral.

Cuando la luz incide en una fotocélula, el cambio en la resistencia tarda normalmente de 8 a 12 ms, mientras que la resistencia tarda uno o más segundos en volver a su valor inicial después de la eliminación de la luz. Este fenómeno se denomina tasa de recuperación de la resistencia. Esta propiedad se utiliza en los compresores de audio.

Además, los LDR son menos sensibles que los fotodiodos y los fototransistores. (Un fotodiodo y una fotocélula (LDR) no son lo mismo, un fotodiodo es un dispositivo semiconductor de unión pn que convierte la luz en electricidad, mientras que una fotocélula es un dispositivo pasivo, no tiene ninguna unión pn ni «convierte» la luz en electricidad).

Tipos de LDR, Resistencias Dependientes de la Luz o Fotoresistores

Los fotoresistores, LDR, pueden clasificarse en dos tipos dependiendo de los materiales utilizados para construirlos. Los dos tipos de fotoresistores incluyen:

• Fotoresistores intrínsecos (semiconductores no dopados): Estos están hechos de materiales semiconductores puros como el silicio o el germanio. Los electrones se excitan de una banda de valance a otra de conducción cuando los fotones de suficiente energía caen sobre ella y el número de portadores de carga se incrementa.
• Fotoresistores extrínsecos: Son materiales semiconductores dopados con impurezas que se llaman dopantes. Estos dopantes crean nuevas bandas de energía por encima de la banda de valencia que está llena de electrones. Por lo tanto, esto reduce la brecha de la banda y se requiere menos energía para excitarlos. Las foto resistencias extrínsecas se utilizan generalmente para longitudes de onda largas.

Construcción de una fotocélula

La estructura de una resistencia dependiente de la luz consiste en un material sensible a la luz que se deposita en un sustrato aislante como la cerámica. El material se deposita en un patrón de zigzag para obtener la resistencia y la potencia deseada. Esta zona de zigzag separa las zonas de metal depositadas en dos regiones.

Entonces los contactos óhmicos se hacen a ambos lados del área. Las resistencias de estos contratos deben ser lo más bajas posibles para asegurar que la resistencia cambie principalmente debido al efecto de la luz solamente. Los materiales que se utilizan normalmente son el sulfuro de cadmio, el seleniuro de cadmio, el antimonio de indio y el sulfuro de cadmio. Se evita el uso de plomo y cadmio, ya que son perjudiciales para el medio ambiente.

Para que se usan los LDR, Aplicaciones de los fotoresistores

Los fotoresistores (LDR) tienen un bajo costo y una estructura simple y se utilizan a menudo como sensores de luz. Otras aplicaciones de los fotoresistores incluyen:

• Detectar ausencias o presencias de luz como en un medidor de luz de cámara.
• Se utilizan en el diseño de la iluminación de las calles (pueden combinarse con un buen kit de inicio de Arduino para actuar como un controlador de la luz de la calle)
• Despertadores
• Circuitos de alarma antirrobo
• Los medidores de intensidad de la luz
• Se utiliza como parte de un sistema SCADA para realizar funciones como el recuento del número de paquetes en una cinta transportadora en movimiento

Especificaciones de las resistencia dependiente de la luz

Hay varias especificaciones que son importantes para las resistencias dependientes de la luz, LDRs o fotoresistores.

Estas especificaciones de fotoresistores incluyen:

• Máxima disipación de energía. Es la máxima energía que el dispositivo es capaz de disipar dentro de un rango de temperatura determinado. Se puede aplicar una reducción de potencia por encima de una cierta temperatura.
• Máxima tensión de funcionamiento. Particularmente como el dispositivo está basado en semiconductores, debe observarse la máxima tensión de funcionamiento. Ésta se especifica típicamente a 0 lux, es decir, a la oscuridad.
• Longitud de onda máxima. Esta especificación del fotoresistor detalla la longitud de onda de la máxima sensibilidad. En algunos casos se pueden proporcionar curvas para la respuesta global. La longitud de onda se especifica en nm
• Resistencia cuando se ilumina. La resistencia bajo la iluminación es una especificación clave es un parámetro clave para cualquier fotoresistor. A menudo se da una resistencia mínima y máxima bajo ciertas condiciones de luz, a menudo 10 lux. Se puede dar un valor mínimo y máximo debido a las dispersiones que es probable que se encuentren. Una condición de «totalmente encendido» también puede darse bajo iluminación extrema, por ejemplo, 100lux.
• Resistencia a la oscuridad. Se darán valores de resistencia a la oscuridad para el fotoresistor. Estos pueden ser especificados después de un tiempo dado porque toma un tiempo para que la resistencia caiga mientras el portador de la carga se recombina – los fotoresistores se caracterizan por sus tiempos de respuesta lentos.

Un ejemplo de especificaciones de LDR o fotoresistores puede ser la siguiente:

• Máxima disipación de energía: 200mW
• Voltaje máximo @ 0 lux: 200V
• Pico de longitud de onda: 600nm
• Resistencia mínima a 10lux: 1.8kΩ
• Resistencia máxima a 10lux: 4.5kΩ
• Resistencia típica a 100lux: 0.7kΩ
• Resistencia a la oscuridad después de 1 segundo: 0.03MΩ
• Resistencia a la oscuridad después de 5 segundos: 0.25MΩ

Los LDR son componentes muy útiles que pueden utilizarse para una variedad de aplicaciones de detección de luz. Como la resistencia de los LDR varía en un rango tan amplio, son particularmente útiles, y hay muchos circuitos LDR disponibles más allá de los que se muestran aquí. Para utilizar estos componentes, es necesario saber algo de cómo funciona un LDR, lo que se ha explicado anteriormente.

Cómo utilizar un sensor LDR con Arduino

Conexiones del sensor LDR con Arduino

Primero, tienes que conectar el LDR al pin 0 de la entrada analógica del Arduino. Tienes que usar una configuración de divisor de voltaje para hacer esto. El diagrama de conexión para el Arduino es el siguiente.

Una pata del LDR está conectada al VCC (5V) en el Arduino, y la otra al pin analógico 0 en el Arduino. Una resistencia de 100K también está conectada a la misma clavija y a tierra.

Probando el código del sensor LDR de Arduino

Después de conectar el LDR a tu Arduino, puede comprobar los valores procedentes del LDR a través del Arduino. Para ello, conecta el Arduino a través de USB a su PC y abra el IDE o el software de Arduino. A continuación, pega este código y cárgalo en tu Arduino:

int sensorPin = A0; // select the input pin for LDR

int sensorValue = 0; // variable to store the value coming from the sensor
void setup() {
Serial.begin(9600); //sets serial port for communication
}
void loop() {
sensorValue = analogRead(sensorPin); // read the value from the sensor
Serial.println(sensorValue); //prints the values coming from the sensor on the screen

delay(100);

}

Después de cargar el código, haz clic en el botón del IDE de Arduino llamado «Serial Monitor». Esto abrirá una nueva ventana, que imprime diferentes valores en la pantalla. Ahora, prueba el sensor bloqueando su superficie a la luz y mira qué valores obtiene en el monitor de serie. Así es como se ve el monitor en serie:

Conectando el relé al Arduino

Un relé es un interruptor electromecánico. Se puede usar para encender o apagar un aparato que funcione en CA/CC. Cuando el Arduino suministra ALTO voltaje (5V) al relé, lo enciende (el interruptor está en ON), de lo contrario, permanece apagado.

En este proyecto, usamos un relé de 5V SPDT (doble tiro de un polo). Un terminal de la bobina del relé está conectado al pin 2 digital de Arduino y el otro extremo a GND. También conectamos una bombilla. Ya que estamos tratando con voltajes de CA de alta potencia, asegúrate de tomar las precauciones adecuadas. El circuito general se muestra a continuación.

Después de conectar el Arduino como se muestra arriba, tenemos que probarlo subiendo el código anterior a nuestro Arduino.

En este ejemplo, fijamos un valor de luz umbral de 700, pero puede variar según tus proyectos. Necesitarás averiguar el valor particular al que la bombilla debe encenderse. Esto debe hacerse después de probarlo en la práctica. Así que básicamente, el Arduino enciende la bombilla (a través del relé) cuando la intensidad de la luz cae por debajo de 700. Cuando está por encima de 700, apaga la bombilla.