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 (3) - La resistencia variable (reostato y potenciómetro)

Cuando se desea poder diseñar un circuito al que le podamos variar la intensidad de la corriente se puede recurrir al reostato, un aparato que es esencialmente un valor de resistencia variable entre dos límites. Es por ello por lo que por error a veces también se le conoce potenciómetro, pero aunque similares no son lo mismo. Más adelante explicaremos la diferencia.

El reostato es un tipo de resistencia variable que suele constar de una bobina de cobre sobre la cual se desplaza un cursor (o flecha) también de cobre que suele ser comandado por  indicador asociado con  un valor de resistencia. La conexión con el circuito se realiza mediante la conexión de un polo al otro devanado y el cursor. Al girar el botón en un sentido u otro, el cursor se mueve variando así la longitud del camino que seguirá la corriente eléctrica y por lo tanto disminuyendo o aumentando la resistencia lineal asociada a este circuito

.

Recordemos que cuando dos resistencias se colocan en serie, la resistencia total del circuito equivalente es la suma de ambas resistencias. De este modo si nos imaginamos que cada mm del cable que está bobinado tiene una resistencia R, si usamos 2 mm tendremos una resistencia de 2R y si usamos 1000 mm pues una resistencia de 1000R.

Ese es el fundamento del reostato. Pero como es un poco lío tener un cable de un metro encima de nuestro circuito, por ello se prefiere bobinarlo todo y que sea un contacto movible, el cursor, el que seleccione cuantos vueltas del bobinado necesitará para conseguir obtener la resistencia que se busca. En este caso en lugar de hablar de resistencia por mm de cable, hablaríamos de resistencia por vuelta.

Pero como también es un poco molesto tener un rollo grande encima de nuestro circuitos, lo que se hace es bobinar la bobina, esto es, hacerla un donuts, así queda mucho más compacta.

O sea, en definitiva el reostato es una resistencia variable que se conecta en serie con el circuito y que nos sirve para modificar la corriente eléctrica que circula por él.

Un comportamiento parecido lo podemos encontrar también en el otro tipo de resistencia variable que vamos a presentar a continuación: el potenciómetro.

En este caso, a diferencia que en el reostato donde dejamos un terminal al aire, en los potenciómetros se conectan los dos terminales y el cursor (o flecha), actuando a todos los efectos como un divisor de tensión. Por lo que podríamos concluir que el potenciómetro es una resistencia variable que se conecta en paralelo al circuito y que nos sirve para modificar lo valores de tensión.

Este componente nos lo podemos encontrar en cualquiera de los aparatos que tenemos en casa. Por ejemplo, al mover el control de volumen de tu radio. También puedes que lo tengas en la lámpara de tu mesilla de noche.

El mismo sistema también se puede ver en el panel de control de los coches para indicar la cantidad de combustible que hay en el depósito.

Si queréis experimentar un poco, con una pila, un poco de papel de aluminio y una pequeña bombilla, podréis reproducir su funcionamiento en gran detalle.

Más adelante haremos uso de este componente en nuestros proyectos con el Arduino. Aunque eso sí, usaremos potenciómetros más pequeñitos.

Resistencias (1) - Introducción

Resistencia eléctrica es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulación de las cargas eléctricas o electrones. Cualquier dispositivo o consumidor conectado a un circuito eléctrico representa en sí una carga, resistencia u obstáculo para la circulación de la corriente eléctrica.

Normalmente los electrones tratan de circular por el circuito eléctrico de una forma más o menos organizada, de acuerdo con la resistencia que encuentren a su paso. Mientras menor sea esa resistencia, mayor será el orden existente en el micromundo de los electrones; pero cuando la resistencia es elevada, comienzan a chocar unos con otros y a liberar energía en forma de calor. Esa situación hace que siempre se eleve algo la temperatura del conductor y que, además, adquiera valores más altos en el punto donde los electrones encuentren una mayor resistencia a su paso.

Las resistencias se pueden 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...)

Nota: Las particularidades de cada una de ellas, las veremos en las próximas entradas del blog.

A su vez, y dentro de cada grupo, se diferencia por  características concretas como son  el valor nominal expresado en ohmios(Ω), la tolerancia en % y la potencia en vatios (W):

1. Valor nominal: Es el que indica el fabricante. Este valor normalmente es diferente del valor real, pues influyen diferentes factores de tipo ambiental o de los mismos procesos de fabricación, pues no son exactos. Suele venir indicado, bien con un código de colores, bien con caracteres alfanuméricos.
2. Tolerancia: Debido a los factores indicados anteriormente, y en función de la exactitud que se le de al valor, se establece el concepto de tolerancia como un % del valor nominal. De esta forma, si nosotros sumamos el resultado de aplicar el porcentaje al valor nominal, obtenemos un valor límite superior. Si por el contrario lo que hacemos es restarlo, obtenemos un valor límite inferior. Con la toelrancia, el fabricante nos garantiza que el valor real de la resistencia va a estar siempre contenido entre estos valores, Si esto no es así, el componente está defectuoso.
3. Potencia nominal: Es el valor de la potencia disipada por el resistor en condiciones normales de presión y temperatura.

Estos datos serán los que tendremos que tener claro antes de elegir la resistencia que vayamos a usar en nuestro proyecto.

Como podemos ver arriba, además de las características eléctricas hay otro parámetro adicional que podrá ser seleccionado, y es el referente al encapsulado. Normalmente trabajaremos con la configuración estándar radial, que responde a la forma de resistencia que todos conocemos, pero existen muchísimas más. Las iremos presentando a medida que nos vaya haciendo falta en posteriores entradas.