¿Quieres iluminar tu conocimiento con un fotoresistor! Obtenga una comprensión profunda de qué son los fotoresistores, cómo funcionan, los diferentes tipos disponibles y las diversas aplicaciones.
Descubra cómo estos pequeños sensores sensibles a la luz están revolucionando las industrias y mejorando la vida diaria. ¡Manténgase a la vanguardia y descubra cómo puede hacer que los LDR trabajen para usted!
¿Qué es LDR?
LDR (Resistencia Dependiente de la Luz), también conocida como fotocelda, fotorresistencia o fotoresistor, es una resistencia sensible a la luz cuya resistencia varía con la intensidad de la luz. Es un tipo de resistor variable cuya resistencia varía con la luz. Su resistencia varía inversamente con el cambio en la intensidad de la luz, es decir, su resistencia aumenta con una disminución de la intensidad de la luz y disminuye con un aumento de la intensidad de la luz.
Es un tipo de fotosensor que funciona según el principio de la fotoconductividad. Su conductividad eléctrica cambia con la intensidad de la luz que cae. Su resistencia también depende de la frecuencia y la longitud de onda de la luz incidente. Aunque su sensibilidad depende del diseño y material semiconductor del dispositivo.
¿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.
Símbolo de LDR
El símbolo de la norma americana y el símbolo de la norma internacional del LDR o fotoresistor se muestran en la siguiente figura.
Tipos de Fotorresistencias Según el Material con el que están Fabricados
Las fotorresistencias se clasifican en dos tipos en función del material utilizado para fabricarlos:
Fotoresistor Intrínseco
Los fotoresistores intrínsecos se fabrican con materiales semiconductores puros como el silicio o el germanio. La capa más externa de cualquier átomo puede contener hasta ocho electrones de valencia. Sin embargo, en el silicio o el germanio, cada átomo consta sólo de cuatro electrones de valencia. Estos cuatro electrones de valencia de cada átomo forman cuatro enlaces covalentes con los cuatro átomos vecinos para llenar completamente la capa más externa. Como resultado, no queda ningún electrón libre.
Cuando aplicamos energía luminosa a la foto resistor intrínseco, sólo un pequeño número de electrones de valencia gana suficiente energía y se libera del átomo padre. Por lo tanto, se genera un pequeño número de portadores de carga. Como resultado, sólo una pequeña corriente eléctrica fluye a través de la fotoresistencia intrínseca.
Ya sabemos que el aumento de la corriente eléctrica implica una disminución de la resistencia. En los fotoresistores intrínsecos, la resistencia disminuye ligeramente con el aumento de la energía luminosa. Por tanto, los fotoresistores intrínsecos son menos sensibles a la luz. En consecuencia, no son fiables para las aplicaciones prácticas.
Fotoresistor Extrínseco
Los fotoresistores extrínsecos se fabrican a partir de materiales semiconductores extrínsecos. Consideremos un ejemplo de fotoresistor extrínseco, que se fabrica a partir de la combinación de átomos de silicio y de impurezas (fósforo).
Cada átomo de silicio consta de cuatro electrones de valencia y cada átomo de fósforo consta de cinco electrones de valencia. Los cuatro electrones de valencia del átomo de fósforo forman cuatro enlaces covalentes con los cuatro átomos de silicio vecinos. Sin embargo, el quinto electrón de valencia del átomo de fósforo no puede formar el enlace covalente con el átomo de silicio porque el átomo de silicio sólo tiene cuatro electrones de valencia. Por lo tanto, el quinto electrón de valencia de cada átomo de fósforo se libera del átomo. Así, cada átomo de fósforo genera un electrón libre.
El electrón libre generado colisionará con los electrones de valencia de otros átomos y los liberará. Del mismo modo, un solo electrón libre genera múltiples electrones libres. Por lo tanto, añadir un pequeño número de átomos de impureza (fósforo) genera millones de electrones libres.
En los fotoresistores extrínsecos, ya disponemos de un gran número de portadores de carga. Por lo tanto, proporcionar una pequeña cantidad de energía luminosa genera aún más número de portadores de carga. Así, la corriente eléctrica aumenta rápidamente.
El aumento de la corriente eléctrica implica una disminución de la resistencia. Por lo tanto, la resistencia del fotoresistor extrínseco disminuye rápidamente con el pequeño aumento de la energía luminosa aplicada. Los fotoresistores extrínsecos son fiables para las aplicaciones prácticas.
Ventajas 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.
Desventajas de los Fotoresistores
Aquí hay algunas desventajas 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.
- Control de obturador de cámaras: LDR se utiliza para controlar la velocidad del obturador de la cámara según la intensidad de la luz. La intensidad se mide por LDR y la cámara controla el obturador de acuerdo con ella.
Cabe señalar aquí que el fotodiodo o el fototransistor son más sensibles a la luz en comparación con el fotoresistor. Esto se debe a que el fotodiodo y el fototransistor son básicamente un verdadero material semiconductor que tiene una unión PN, mientras que la unión PN está ausente en LDR, ya que es un componente pasivo.