En el campo de los aditivos digitales, pocos dispositivos desempeñan una función tan crucial como el fotoresistor. Este modesto pero potente elemento, también conocido como resistor dependiente de la luz (LDR) o fotocelda, se ha abierto camino en infinitas aplicaciones, desde simples farolas sensibles a la luz hasta sofisticadas estructuras de control de exposición de cámaras. En este artículo, podemos descubrir el principio de funcionamiento, las aplicaciones y la importancia del fotorresistor en numerosos campos.
¿Qué es un fotoresistor?
Un fotoresistor, también conocido como LDR (resistor dependiente de la luz) o fotocelda, es un tipo especial de resistor que funciona según el principio de fotoconductividad, lo que significa que la resistencia cambia según la intensidad de la luz. Su resistencia disminuye con un aumento en la intensidad de la luz.
Se utiliza a menudo como sensor de luz, fotómetro, farola automática y en áreas donde necesitamos tener sensibilidad a la luz. LDR también se conoce como sensor de luz. Los LDR suelen estar disponibles en dimensiones de 5 mm, 8 mm, 12 mm y 25 mm.
Símbolo de fotoresistor
El símbolo de la norma americana y el símbolo de la norma internacional del LDR o fotoresistor se muestran en la siguiente figura.
¿Cómo Funciona un Fotoresistor?
Cuando la luz incide sobre el fotoresistor, algunos de los electrones de valencia absorben energía de la luz y rompen el enlace con los átomos. Los electrones de valencia que rompen el enlace con los átomos se denominan electrones libres.
Cuando la energía luminosa aplicada al fotoresistor aumenta considerablemente, un gran número de electrones de valencia obtienen suficiente energía de los fotones y rompen el enlace con los átomos principales. El gran número de electrones de valencia, que rompe el enlace con los átomos superiores, salta a la banda de conducción.
Los electrones presentes en la banda de conducción no pertenecen a ningún átomo. Por lo tanto, se mueven libremente de un lugar a otro. Los electrones que se mueven libremente de un lugar a otro se denominan electrones libres.
Cuando el electrón de valencia abandona el átomo, se crea una vacante en un lugar concreto del átomo del que salió el electrón. Esta vacante se denomina hueco. Por lo tanto, los electrones libres y los huecos se generan como pares.
Los electrones libres que se mueven libremente de un lugar a otro transportan la corriente eléctrica. Del mismo modo, los huecos que se mueven en la banda de valencia transportan corriente eléctrica. La cantidad de corriente eléctrica que fluye a través del fotoresistor depende del número de portadores de carga (electrones libres y huecos) generados.
Cuando la energía luminosa aplicada a la fotoresistencia aumenta, el número de portadores de carga generados en la fotoresistencia también aumenta. En consecuencia, aumenta la corriente eléctrica que circula por el fotoresistor.
El aumento de la corriente eléctrica implica una disminución de la resistencia. Así, la resistencia del fotoresistor disminuye cuando aumenta la intensidad de la luz aplicada.
Los fotoresistores están fabricados con semiconductores de alta resistencia, como el silicio o el germanio. También se fabrican con otros materiales, como sulfuro de cadmio o seleniuro de cadmio.
En ausencia de luz, los fotoresistores actúan como materiales de alta resistencia, mientras que en presencia de luz, los fotoresistores actúan como materiales de baja resistencia.
Tipos de LDR
Los LDR también se pueden distinguir según el tipo de luz al que son más sensibles:
LDR ultravioleta
Son muy sensibles a la luz ultravioleta y suelen estar fabricados con materiales como sulfuro de cadmio y seleniuro de cadmio, ideales para aplicaciones en exploración ultravioleta.
LDR infrarrojos
Fabricados a partir de sustancias como sulfuro de plomo y antimoniuro de indio, los LDR infrarrojos son esenciales en aplicaciones de alta tecnología como el guiado de misiles, la exploración geográfica y las mediciones sin contacto.
LDRs de luz visible
Son sensibles al espectro visible y se utilizan en diversos sistemas de control fotoeléctrico. Controlan todo, desde el alumbrado público hasta procesos industriales automatizados, lo que demuestra su versatilidad y utilidad crítica en la tecnología cotidiana.
Clasificación de los fotoresistores según el material
Las fotoresistores se clasifican en dos tipos en función del material utilizado para fabricarlos:
Fotoresistor Intrínseco
Este tipo de fotorresistor está fabricado con semiconductores puros sin ningún tipo de dopaje. Este tipo de fotorresistor utiliza semiconductores puros como el silicio y el germanio.
El funcionamiento de estos dispositivos es sencillo – cuando la luz que lleva suficiente energía incide en el semiconductor, excita los electrones, que se desplazan a la banda de conducción y aumentan la conductividad del material. Esta disminución de la resistencia permite que fluya más corriente a través del fotorresistor.
Estos fotorresistores son muy sensibles a la luz y responden rápidamente a los cambios en la intensidad de la luz. Debido a su alta capacidad de respuesta y sensibilidad, los fotorresistores intrínsecos se utilizan ampliamente en aplicaciones que requieren una detección precisa de la luz, como en los fotómetros para fotografía y en los sistemas de control automático de la iluminación.
Fotoresistor Extrínseco
Los fotoresistores extrínsecos, por el contrario, incorporan semiconductores dopados. El proceso de dopaje implica añadir impurezas, como fósforo, al material semiconductor. Esta adición crea nuevos estados de energía dentro del semiconductor, reduciendo la energía necesaria para que los electrones salten a la banda de conducción.
Como resultado, los fotorresistores extrínsecos son particularmente sensibles a longitudes de onda de luz más largas, incluidas las infrarrojas (IR). Estos LDR son esenciales en aplicaciones donde la detección de longitudes de onda específicas es crucial, como en sistemas de seguridad para detectar luz IR y en el monitoreo ambiental. Su capacidad para detectar una gama más amplia de longitudes de onda los hace versátiles para numerosas aplicaciones industriales y científicas.
Ambos tipos de LDR desempeñan funciones vitales en los sistemas electrónicos modernos. Los LDR intrínsecos son los preferidos en tareas generales de detección de luz donde se necesita una respuesta rápida y una alta sensibilidad. Sin embargo, los LDR extrínsecos son más adecuados para aplicaciones especializadas, incluidas aquellas que requieren la detección de longitudes de onda de luz específicas.
¿Cómo probar un LDR?
- Tome un multímetro y configúrelo en modo Ohms.
- Ahora conecte los cables del terminal positivo y negativo a las dos secciones del LDR
- Coloque una linterna encendida o cualquier otro medio de luz sobre la superficie del LDR y verifique la lectura.
- Ahora coloque una mano sobre el LDR o coloque el LDR en la oscuridad y verifique la lectura del multímetro.
- Puede ver que en el primer caso el valor de Ω sería menor que en el segundo caso. En la oscuridad, la resistencia del LDR es alta, de varios megaohmios, mientras que en la luz, puede reducirse también a 100 Ω.
Ventajas y Desventajas de los Fotoresistores
Aquí hay algunas ventajas del fotoresistor:
- Consume muy poca energía.
- Es de alta sensibilidad.
- Tiene un tamaño pequeño y bajo costo.
- Tiene un diseño simple y está fácilmente disponible en muchas formas y tamaños en el mercado.
- Es más fácil de conectar en un circuito y no requiere polarización.
Aquí hay algunas limitaciones del fotoresistor:
- Su sensibilidad se ve muy afectada por el cambio de temperatura.
- Tiene un tiempo de respuesta muy lento y no puede seguir el ritmo de los cambios repentinos en la intensidad de la luz.
- LDR tiene una respuesta espectral estrecha, es decir, se utiliza un material específico para un rango estrecho de longitudes de onda de luz.
- También se ve afectado por el efecto de histéresis.
Aplicaciones de la Fotoresistencia
La aplicación básica de LDR es detectar y medir la intensidad de la luz incidente. Es un interruptor accionado por luz que se enciende en presencia de luz y se apaga en ausencia de luz. Por lo tanto, se puede utilizar en varias aplicaciones como se menciona a continuación.
- Luz de la calle: Hoy en día el ahorro de energía es el enfoque principal en todo el mundo. El alumbrado público es una luz LED de alta potencia que consume energía y debe encenderse desde el atardecer hasta el amanecer y debe apagarse al amanecer para no desperdiciar energía. Por lo tanto, el circuito LDR se usa para apagar automáticamente el circuito cuando detecta la luz del sol.
- Alarma antirrobo: Una fuente constante de luz, como un láser, apunta hacia el LDR. Como su intensidad no cambia, no hay cambio en las propiedades eléctricas del circuito conectado. Tan pronto como alguien pasa a través del láser, la resistencia del LDR cambia y activa la alarma.
- Contador de objetos: Un LDR también se utiliza para detectar y contar objetos que pasan por una cinta transportadora. El funcionamiento es el mismo que el de una alarma antirrobo pero también cuenta el objeto con cada interrupción.
- Fotografía: Los fotorresistores son fundamentales para las imágenes, ya que se utilizan para medir los niveles de luz ambiental. Esta información se utiliza para regular de forma automática los ajustes de la cámara, como la apertura y la velocidad de obturación, lo que garantiza una exposición de primera calidad y una calidad de imagen excelente.
- Sistemas de energía solar: Los fotorresistores contribuyen a optimizar la eficiencia de los paneles solares. Al monitorear los niveles de temperatura ambiente, estos sensores ayudan a alinear los paneles solares para maximizar la exposición a la luz solar, mejorando así la conversión de energía en los sistemas de energía solar.
Conclusión
El fotorresistor es un elemento fundamental y exquisito en el mundo de la electrónica, que actúa como puente entre el mundo físico de la luz y el mundo digital de los indicadores eléctricos. Su capacidad particular para ajustar la resistencia en respuesta a diferentes niveles de luz ha allanado el camino para mejoras en la automatización, el rendimiento energético y varios paquetes tecnológicos.
En una era en la que la tecnología inteligente está transformando nuestra vida cotidiana, el modesto fotorresistor desempeña un papel fundamental, ya que muestra la esencia de cómo los mundos físico y virtual pueden coexistir sin problemas para mejorar la sociedad. Su aventura desde un simple resistor sensible a la luz hasta convertirse en una piedra angular de la electrónica contemporánea es un testimonio del efecto duradero de una pequeña pero poderosa innovación.
Preguntas Frecuentes
Un LDR, o resistor dependientes de la luz, es un componentes electrónico que a menudo se utilizan en diseños de circuitos electrónicos donde es necesario detectar la presencia o el nivel de luz.
Los LDR se utilizan habitualmente en circuitos sensibles a la luz, como farolas, fotómetros fotográficos, celdas solares y sistemas de iluminación automáticos. También se utilizan en algunos instrumentos musicales electrónicos, donde se pueden utilizar para controlar el tono o el volumen del sonido.
La resistencia de un LDR se puede medir utilizando un multímetro digital o un ohmímetro analógico. Sin embargo, es importante tener en cuenta que la resistencia de un LDR no es un valor fijo y puede variar en función de la intensidad de la luz.
Sí, los LDR pueden dañarse por exposición a luz muy intensa, como la luz solar directa o un rayo láser. Esto puede provocar una disminución permanente de la resistencia del LDR o incluso dañar el material semiconductor. Es importante manipular los LDR con cuidado y evitar exponerlos a una luz excesiva.
Sí, los LDR se pueden utilizar con circuitos digitales conectándolos a un convertidor analógico a digital (CAD) o a un circuito comparador. La salida del CAD o del comparador se puede utilizar para controlar una salida digital, como un LED o un relé.
La sensibilidad espectral de un LDR se refiere al rango de longitudes de onda de luz a las que es sensible el LDR. Los diferentes tipos de LDR tienen diferentes sensibilidades espectrales, algunos son más sensibles a la luz visible y otros son más sensibles a la luz infrarroja.
Los LDR no suelen ser impermeables y pueden dañarse si se exponen a la humedad o al agua. Por lo tanto, se deben utilizar en entornos secos o proteger con una carcasa impermeable.
Normalmente, los resistores dependientes de la luz no se utilizan para detectar el color porque solo son sensibles a la intensidad de la luz y no al color. Los sensores de color suelen utilizar dispositivos más complejos, como fotodiodos o fototransistores, que son sensibles a longitudes de onda de luz específicas.
Los LDR no suelen utilizarse para detectar movimiento porque solo responden a cambios en la intensidad de la luz y no al movimiento. Los sensores de movimiento suelen utilizar otras tecnologías, como sensores infrarrojos pasivos o ultrasónicos.