Fotorresistencia (LDR) (4) - Ejemplos

Las fotorresistencias o LDR (light-dependent resistor en inglés) son unos componentes electrónicos de la familia de las resistencias variables que modifican su valor resistivo en función de la luz que reciben. A mayor luz, mejor resistencia. Es por ello por lo que también se le llama resistencias dependientes de luz (light dependent resistors), fotoconductores o células fotoconductoras.

En nuestra primera entrada, la resistencia variable (LDR) - Fotorresistencia (1), presentamos los rasgos más generales de esta familia, en la segunda entrada sobre ellas, presentamos las ecuaciones y gráficas que regulan su comportamiento,  en la tercera entrada vimos los dos tipos de fotorresistencias que nos podemos encontrar, y ahora vamos a explicar las dos configuraciones más típicas que usaremos para nuestros proyectos robóticos:

1. detector de oscuridad, y
2. detector de día.

El circuito esencial de un divisor de tensión, también llamado divisor de potencial o divisor de voltaje,  es

y la formula que relaciona la tensión de salida Vout con la tensión de entrada Vin y las resistencias R1 y R2, se obtiene aplicando la ley de Ohm tal como vimos en la entrada que escribimos sobre ella:

Como se puede ver, dos resistencias están conectadas en serie con la tensión de entrada Vin (V), que puede ser o no, la tensión de la fuente de alimentación, conectada a Rarriba (R1), la otra resistencia Rabajo (R2) conectada a masa. La tensión de la salida Vout (VD), es el voltaje en los extremos de Rabajo (R2).

Pues bien, dependiendo de la configuración del divisor de voltaje con la fotorresistencia sustituyendo a la R_abajo o R_arriba, trabajara como un sensor de oscuridad o un sensor de luz.

Proyecto Sensor de Oscuridad:

Si ahora sustituimos la Resistencia de abajo (R2) por nuestra fotorresistencia nos quedaría un circuito como este:

Este circuito da una tensión BAJA en la salida (Output) cuando el LDR está en la luz (porque en este caso la R2 asociada a la fotorresistencia sería muy pequeña), y una tensión ALTA cuando la LDR está en la penumbra (porque en este caso la R2 asociada a la fotorresistencia sería muy grande). El circuito divisor de tensión dará una tensión de la salida que cambia con la iluminación, de forma inversamente proporcional a la cantidad de luz que reciba.

Un sistema de sensor que funcione como esto se podría pensar como 'sensor de oscuridad' y se podría utilizar para controlar los circuitos de iluminación que se encienden (conectan) automáticamente por la tarde.

Proyecto Sensor de luz:

Si ahora en lugar de poner la forresistencia abajo (R2), la ponemos arriba (R1),

vemos como aplicando la misma fórmula,

cuando R1 es pequeña (porque le está llegando luz a la fotorresistencia), la tensión de salida (VD) es prácticamente igual a la tensión de entrada (V)

Aplicaremos estas dos configuraciones en nuestra próxima entrada, donde lo veremos funcionando en una aplicación real.

es → en

entrance

sustantivo: entry, input, entrance, tackle, inlet, takings, admittance, receipts, right of entry, admission, mouth, entrance hall, door, doorway, intake, accession, access, gateway, gate, way in, snack, appetizer, starter, entrée, deposit, down payment, gate money, ticket, innings, entree, lead-in, opening, beginning, house, income

Fotorresistencia (LDR) (3) - Tipos

Las fotorresistencias o LDR (light-dependent resistor en inglés) son unos componentes electrónicos de la familia de las resistencias variables que modifican su valor resistivo en función de la luz que reciben. A mayor luz, mejor resistencia. Es por ello por lo que también se le llama resistencias dependientes de luz (light dependent resistors), fotoconductores o células fotoconductoras.

En nuestra primera entrada, la resistencia variable (LDR) - Fotorresistencia (1), presentamos los rasgos más generales de esta familia, en la segunda entrada sobre ellas, presentamos las limitaciones y las ecuaciones y gráficas que regulan su comportamiento, en esta entrada definiremos los dos tipos que nos podemos encontrar,  y terminaremos en una cuarta entrada presentando las configuraciones más habituales que podemos encontrarnos cuando queramos hacer uso de ellas en nuestros proyectos electrónicos.

Tipos de fotorresistencias existen dos; las lineales y las no lineales.

LDR lineales: son mejor conocidas como fotodiodos pero bajo ciertas aplicaciones es posible tratarlas como fotorresistencias debido al comportamiento lineal que presentan. Para considerar un fotodiodo como una fotorresistencia lineal simplemente se polariza en inverso.

LDR no lineales: son aquellas hechas comúnmente cuyo comportamiento no depende de la polaridad aplicada sobre ella.

Por todo lo visto hasta aquí, tanto en la introducción como en el estudio su comportamiento, podríamos resumir cuales son las ventajas e inconvenientes del uso de las fotorresistencias en nuestros proyectos:

Ventajas de las fotorresistencias:

1. Alta sensibilidad (debido a la gran superficie que puede abarcar)
2. Fácil empleo.
3. Bajo costo.
4. No hay potencial de unión.
5. Alta relación resistencia luz-oscuridad.

Desventajas de las fotorresistencias:

1. Respuesta espectral estrecha (cada LDR reacciona a un tipo de luz concreto)
2. Efecto de histéresis (tiene cierta "memoria" retarda su funcionamiento)
3. Estabilidad por temperatura baja para los materiales más rápidos. La variación del valor de la resistencia tiene cierto retardo, diferente si se pasa de oscuro a iluminado o de iluminado a oscuro. Esto limita a no usar los LDR en aplicaciones en las que la señal luminosa varía con rapidez.
4. Respuesta lenta en materiales estables.
5. Falta de linealidad entre resistencia e iluminación.

En la próxima entrada os presentaremos las configuraciones más habituales que podemos encontrarnos cuando queramos hacer uso de ellas en nuestros proyectos electrónicos.

es → en

present

verbo: present, submit, introduce, exhibit, put forward, show, display, feature, put over, pay, hand in, come up with, come through with, enter, bring forward, bring in, put across, put up, set out, launch, prefer, model

un → es

de

Fotorresistencia (LDR) (2) - Comportamiento

Las fotorresistencias o LDR (light-dependent resistor en inglés) son unos componentes electrónicos de la familia de las resistencias variables que modifican su valor resistivo en función de la luz que reciben. A mayor luz, mejor resistencia. Es por ello por lo que también se le llama resistencias dependientes de luz (light dependent resistors), fotoconductores o células fotoconductoras.

En la entrada anterior, ya presentamos los detalles más característicos sobre ellas.

Ahora hablaremos un poco sobre sus particularidades concretas.

Como hemos dicho más arriba, este tipo de componentes cambian su valor resistivo cuando son expuestos a luz directa, pero para poder hacer un buen uso de ellos, debemos ver entender mejor cómo reaccionan.

Tiempo de respuesta:

Lo primero que debemos de tener en cuenta es que el proceso no es instantáneo, la luz llega a  los átomos de cadmio  de la fotorresistencia y éstos van liberando electrones poco a poco, y de modo que al cabo de algo más de algunas décimas de segundo veremos el cambio en el valor de la resistencia.  Por lo que si por alguna razón necesitamos un sensor de luz para monitorizar cambios de luz más rápidos, es muy posible que nuestra fotorresistencia no sea el sensor más apropiado para nuestro proyecto.

Velocidad del cambio:

Tampoco nos van a servir las fotorresistencias para medir de forma precisa la velocidad de variación de la luz que le llega, puesto que el retardo que comentábamos anteriormente de décimas de segundo no es constante.

Para experimentar un poco con ellas nos basta y nos sobra un multímetro, una lámpara y una fotoresistencia. Conectamos cada terminal de nuestra fotorresistencia al cada uno de los terminales del multímetro y acercando o alejando la fotorresistencia de la luz de la lámpara, podremos ver en la pantalla de nuestro multímetro (seleccionando el modo medición de resistencia) como la resistencia va modificándose. A mayor intensidad de luz, menor valor de la resistencia.


Respuesta a la luz:

Adicionalmente, y recordando lo que comentábamos en la entrada anterior, de que la fotorresistencia respondía a un comportamiento fotoeléctrico, debemos saber que cada semiconductor concreto tiene una sensibilidad especial a una frecuencia de luz concreta que lo caracteriza, ésta es suministrada por el fabricante de la misma en su hoja de datos.

Normalmente la variación de la resistencia a esa longitud de onda concreta será máxima y presentará un comportamiento como el de la figura siguiente:

Comportamiento:

Una fotorresistencia o LDR está fabricado a base de un semiconductor de alta resistencia. Si la luz que incide en el dispositivo es de alta frecuencia, los fotones son absorbidos y al hacerlo dan a los electrones de los átomos del semiconductor la suficiente energía para saltar a la banda de conducción, aumentando así la conductividad del dispositivo y disminuyendo su resistencia.

La ecuación que describe el cambio del valor de la resistencia es una función de tres magnitudes, dos asociadas al tipo de semiconductor que estemos usando y la tercera a la densidad de energía recibida.

Donde:

R: resistencia de la fotorresistencia.

A,α: constantes que dependen del semiconductor utilizado.

E: densidad superficial de la energía recibida.

Que si lo representamos en forma de gráfica nos saldrá la forma clásica de una curva exponencial

y si la gráfica es logarítmica, nos dará una recta cuya pendiente nos estará definiendo identificando el semiconductor concreto con el que estemos trabajando.

Por ahora lo importante es darse cuenta de que cuando la fotorresistencia está en oscuridad su resistencia es alta y cuando reciben luz su resistencia disminuye considerablemente.

Características técnicas:

Todo lo expuesto arriba lo podremos adivinar mirando la hoja de datos del fabricante. A continuación os dejamos una tabla, a título de ejemplo, de las características principales que definen una fotorresistencia y que nos ayudará a escoger mejor la que más se adapte a las necesidades concretas de nuestro proyecto: tensión máxima de trabajo, resistencia nominal (con luz), resistencia en la oscuridad, tiempo de respuesta, etc.

Verificación manual:

Aunque obviamente no nos va resultar fácil, medir la respuesta espectral de la fotorresistencia si no tenemos una fuente de luz calibrada de la frecuencia concreta que especifica el fabricante, y tampoco tiene mucho sentido es llevar al límite al componente para ver si funde o no cuando supere los niveles de potencias definidos en su hoja de datos, lo que sí podremos fácilmente, es caracterizar la curva de de resistencia simplemente conectando nuestra fotorresistencia a un multímetro.

Seleccionando el modo medición de resistencia y pasando de la oscuridad más absoluta (tapando la fotorresistencia con un papel negro) a la luz más intensa que vayamos a usar, deberíamos ser capaces de obtener la curva característica de nuestro componente.

En la próxima entrada os presentaremos los tipos habituales de fotorresistencias que nos podemos encontrar.

Fotorresistencia (LDR) (1) - Introducción

Las fotorresistencias o LDR (light-dependent resistor en inglés) son unos componentes electrónicos de la familia de las resistencias variables que modifican su valor resistivo en función de la luz que reciben. A mayor luz, mejor resistencia.

El símbolo es similar al tradicional usados para las resistencias

pero con la particularidad de incluir unos haces de luz incidiendo sobre ella:

Su funcionamiento se basa en el efecto fotoéléctrico, esto es, que cuando llegan fotones de cierta energía al material (normalmente un semiconductor llamado sulfuro de cadmio, CdS),

éstos provocan que ciertos electrones que se encuentran atados a los átomos,  se liberen y salten a la banda de conducción.

Como la resistencia eléctrica es una magnitud que mide la libertad de la corriente eléctrica al paso de un material, a más electrones en la banda de conducción, menor será su resistencia.

Normalmente los valores de una fotoresistencia varían entre 1Mohms en oscuridad hasta 100ohms con luz brillante.

Aplicaciones: Control de contraste en televisores y monitores, control automático de la iluminación en habitaciones, juguetes y juegos electrónicos, controles industriales, interruptores

crepusculares, boyas y balizas de encendido automático, auto-flash, etc...

A continuación, os hablaremos un poco sobre su comportamiento.

Resistencias (4) - Resistencias especiales

Anteriormente ya habíamos visto que las resistencias se podrían clasificar en tres grupos:

1. Resistencias fijas: Son las que presentan un valor óhmico que no podemos modificar.
2. Resistencias variables: Son las que presentan un valor óhmico que nosotros podemos variar modificando la posición de un contacto deslizante.
3. Resistencias especiales: Son las que varían su valor óhmico en función de la estimulación que reciben de un factor externo (luz, temperatura...)

En esta entrada vamos a describir las resistencias especiales, quién son y cómo se comportan. En ese  tercer grupo caben toda una variedad de componentes resistivos no lineales que modifican su valor óhmico en función de algún factor externo:  luminosidad incidente (LDR), temperatura (termistores), tensión aplicada (varistores), etc.

Los principales tipos son:

Fotorresistores, LDR (Light Depended Resistor): El valor óhmico del componente disminuye al aumentar la intensidad de luz que incide sobre el componente.

Termistores: Son de mediana estabilidad y bajo precio. Se suelen fabricar a partir de elementos o materiales semiconductores. Los termistores o resistores variables con la temperatura se clasifican a su vez  en dos categorías:

1. NTC (Negative Thermistor Coeficient): Posee un coeficiente de temperatura negativo, esto es, su resistencia eléctrica disminuye al aumentar la temperatura, y los
2. PTC (Positive Thermistor Coeficient): En este caso el coeficiente de temperatura es positivo, o sea, su resistencia eléctrica aumenta al hacerlo la temperatura.

Características de los termistores:

1. Tolerancia sobre la resistencia nominal: Es la desviación máxima entre la resistencia nominal del termistor y la resistencia real a la temperatura de 25 ºC.
2. Coeficiente de temperatura nominal: Valor del coeficiente de temperatura a 25 ºC, expresado en tanto por ciento por grado centígrado, o en tanto por uno por grado centígrado.
3. Temperatura de conmutación: Temperatura para la cual el valor de la resistencia eléctrica es igual al doble de la que corresponde a 25 ºC.
4. Factor de disipación térmica (C): Se define como la potencia necesaria para elevar la temperatura del termistor en 1º C en aire calmado.
5. Relación Tensión-Intensidad: Cuando crece la intensidad de corriente que atraviesa a un termistor, la tensión entre sus extremos se mantiene proporcional hasta alcanzar un cierto valor que corresponde al comienzo del calentamiento del termistor. La variación súbita en el valor máximo de la tensión se denomina vuelco.
6. Potencia disipada: Coincide con el producto de la tensión aplicada al termistor por la intensidad de la corriente eléctrica que lo atraviesa en ese instante.

  

Varistores, VDR (Voltage Depended Resitor): Son resistencias cuyo valor óhmico depende con la tensión. Mientras mayor es la tensión aplicada en sus extremos, menor es el valor de la resistencia del componente.

Magnetorresistencia, MDR (Magnetic Depended Resistor): El valor óhmico aumenta en función del campo magnético aplicado perpendicularmente a su superficie. Es decir la resistencia varía en función de la dirección del campo magnético.

En las próximas entradas iremos presentando cada una de ellas y las situaciones en las que nos será más útiles emplearlas.