Fotorresistencia LDR (Light DependentResistor) DATASHEET Una fotorresistencia es un componente electrónico cuya resistencia disminuye con el aumento de intensidad de luz incidente. Puede también ser llamado fotoresistor, fotoconductor, célula fotoeléctrica o resistor dependiente de la luz, cuyas siglas, LDR, se originan de su nombre en inglés light-dependent resistor. Su cuerpo está formado por una célula o celda y dos terminales. Desde el punto de vista constructivo, las LDR están fabricadas con materiales de estructura cristalina, siendo los más utilizados el sulfuro de cadmio y el seleniuro de cadmio, aprovechando sus propiedades fotoconductoras. Una cuestión a tener en cuenta cuando diseñamos circuitos que usan LDR es que su valor (en Ohmios) no variara de forma instantánea cuando se pase de estar expuesta a la luz a oscuridad, o viceversa, y el tiempo que se dura este proceso no siempre es igual si se pasa de oscuro a iluminado o si se pasa de iluminado a oscuro (se dice que muestra inercia a las variaciones de la intensidad luminosa). Igualmente, estos tiempos son cortos, generalmente del orden de una décima de segundo. Esto hace que el LDR no se pueda utilizar en algunas aplicaciones, concretamente en aquellas que necesitan de mucha exactitud en cuanto a tiempo para cambiar de y a exactitud de los valores de la fotorresistencia al estar en los mismos estados anteriores. Pero hay muchas aplicaciones en las que una fotorresistencia es muy útil. Pricipales caracteristicas de las fotoresistencias: 1.- Los valores típicos varían entre 1 MΩ, o más, en la oscuridad y 100 Ω con luz brillante. 2.- Disipación maxima, (50 mW-1W). 3.- Voltaje maximo (600V). 4.- Respuesta Espectral. 5.- El tiempo de respuesta típico de un LDR está en el orden de una décima de segundo. 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) las lineales y las no lineales. fotoconductores o células fotoconductoras. en la segunda entrada sobre ellas. LDR no lineales: son aquellas hechas comúnmente cuyo comportamiento no depende de la polaridad aplicada sobre ella.Fotorresistencia (1). En nuestra primera entrada. presentamos los rasgos más generales de esta familia. es . Esto limita a no usar los LDR en aplicaciones en las que la señal luminosa varía con rapidez. Efecto de histéresis (tiene cierta "memoria" retarda su funcionamiento) 3. detector de oscuridad. 5.2. diferente si se pasa de oscuro a iluminado o de iluminado a oscuro. la resistencia variable (LDR) . presentamos las ecuaciones y gráficas que regulan su comportamiento. en la segunda entrada sobre ellas. 4. A mayor luz. y ahora vamos a explicar las dos configuraciones más típicas que usaremos para nuestros proyectos robóticos: 1. Para considerar un fotodiodo como una fotorresistencia lineal simplemente se polariza en inverso.Fotorresistencia (1). presentamos los rasgos más generales de esta familia. Tipos de fotorresistencias existen dos. LDR lineales: son mejor conocidas como fotodiodos pero bajo ciertas aplicaciones es posible tratarlas como fotorresistencias debido al comportamiento lineal que presentan. En nuestra primera entrada. 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. Respuesta lenta en materiales estables. y terminaremos en una cuarta entrada presentando las configuraciones más habituales que podemos encontrarnos cuando queramos hacer uso de ellas en nuestros proyectos electrónicos. Estabilidad por temperatura baja para los materiales más rápidos. también llamado divisor de potencial o divisor de voltaje. en la tercera entrada vimos los dos tipos de fotorresistencias que nos podemos encontrar. la resistencia variable (LDR) . presentamos las limitaciones y las ecuaciones y gráficas que regulan su comportamiento. El circuito esencial de un divisor de tensión. mejor resistencia. en esta entrada definiremos los dos tipos que nos podemos encontrar. 2. Es por ello por lo que también se le llama resistencias dependientes de luz (light dependent resistors). La variación del valor de la resistencia tiene cierto retardo. Falta de linealidad entre resistencia e iluminación. detector de día. Pues bien. conectada a Rarriba (R1). 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. que puede ser o no. trabajara como un sensor de oscuridad o un sensor de luz. se obtiene aplicando la ley de Ohm tal como vimos en la entrada que escribimos sobre ella: Como se puede ver. es el voltaje en los extremos de Rabajo (R2). de forma inversamente proporcional a la cantidad de luz que reciba. dependiendo de la configuración del divisor de voltaje con la fotorresistencia sustituyendo a la R_abajo o R_arriba. la tensión de la fuente de alimentación. . la otra resistencia Rabajo (R2) conectada a masa. El circuito divisor de tensión dará una tensión de la salida que cambia con la iluminación. dos resistencias están conectadas en serie con la tensión de entrada Vin (V). y una tensión ALTA cuando la LDR está en la penumbra (porque en este caso la R2 asociada a la fotorresistencia sería muy grande). La tensión de la salida Vout (VD).Y la formula que relaciona la tensión de salida Vout con la tensión de entrada Vin y las resistencias R1 y R2. 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). Velocidad del cambio: . este tipo de componentes cambian su valor resistivo cuando son expuestos a luz directa. la ponemos arriba (R1). debemos ver entender mejor cómo reaccionan. y de modo que al cabo de algo más de algunas décimas de segundo veremos el cambio en el valor de la resistencia. Como hemos dicho más arriba. la luz llega a los átomos de cadmio de la fotorresistencia y éstos van liberando electrones poco a poco. pero para poder hacer un buen uso de ellos. donde lo veremos funcionando en una aplicación real. Cuando R1 es pequeña (porque le está llegando luz a la fotorresistencia). es muy posible que nuestra fotorresistencia no sea el sensor más apropiado para nuestro proyecto. la tensión de salida (VD) es prácticamente igual a la tensión de entrada (V) Aplicaremos estas dos configuraciones en nuestra próxima entrada.Proyecto Sensor de luz:Si ahora en lugar de poner la forresistencia abajo (R2). Por lo que si por alguna razón necesitamos un sensor de luz para monitorizar cambios de luz más rápidos. Tiempo de respuesta: Lo primero que debemos de tener en cuenta es que el proceso no es instantáneo. Si la luz que incide en el dispositivo es de alta frecuencia. Respuesta a la luz: Adicionalmente. y recordando lo que comentábamos en la entrada anterior. menor valor de la resistencia. 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. una lámpara y una fotoresistencia. ésta es suministrada por el fabricante de la misma en su hoja de datos. podremos ver en la pantalla de nuestro multímetro (seleccionando el modo medición de resistencia) como la resistencia va modificándose. debemos saber que cada semiconductor concreto tiene una sensibilidad especial a una frecuencia de luz concreta que lo caracteriza. Para experimentar un poco con ellas nos basta y nos sobra un multímetro. de que la fotorresistencia respondía a un comportamiento fotoeléctrico. 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. 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. aumentando así la conductividad del dispositivo y disminuyendo su resistencia. A mayor intensidad de luz. puesto que el retardo que comentábamos anteriormente de décimas de segundo no es constante. .Tampoco nos van a servir las fotorresistencias para medir de forma precisa la velocidad de variación de la luz que le llega. y si la gráfica es logarítmica.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. de las características principales que definen una fotorresistencia y que nos ayudará a escoger mejor la que . Donde: R: resistencia de la fotorresistencia. a título de ejemplo. Características técnicas: Todo lo expuesto arriba lo podremos adivinar mirando la hoja de datos del fabricante. 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.α: constantes que semiconductor utilizado. dependen del Que si lo representamos en forma de gráfica nos saldrá lade forma de una curva E: densidad superficial la clásica energía exponencial recibida. A continuación os dejamos una tabla. A. resistencia nominal (con luz). esto es. . 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. tiempo de respuesta. menor será su resistencia. resistencia en la oscuridad. éstos provocan que ciertos electrones que se encuentran atados a los átomos. A mayor luz. se liberen y salten a la banda de conducción. 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. etc. CdS). mejor resistencia.más se adapte a las necesidades concretas de nuestro proyecto: tensión máxima de trabajo. a más electrones en la banda de conducción. Normalmente los valores de una fotoresistencia varían entre 1Mohms en oscuridad hasta 100ohms con luz brillante. Como la resistencia eléctrica es una magnitud que mide la libertad de la corriente eléctrica al paso de un material. que cuando llegan fotones de cierta energía al material (normalmente un semiconductor llamado sulfuro de cadmio. etc. En cualquier átomo esa última órbita admite solamente un máximo de ocho electrones para completar su estructura atómica y la tendencia de todos es llegar a completarla. por ejemplo). de acuerdo con la forma en que sean excitados los átomos. la que puede compartir así sus electrones entre el resto de los átomos de un cuerpo. etc. Cada átomo posee un número determinado de electrones girando a su alrededor en diferentes órbitas formando una nube electrónica. Ese nivel corresponde a la última órbita del átomo. alguno de sus electrones pueden absorber energía. por ejemplo) tiende a atraer el electrón que le falta captándolo de otro átomo que posea uno sólo en su última órbita (valencia +1. auto-flash. sin embargo es sólo la última órbita la que determina el número de valencia o propiedades de conducción que posee cada elemento químico.. Banda de conducción Se denomina “banda de conducción” al nivel de energía donde la atracción del núcleo del átomo sobre los electrones es más débil. Un átomo con siete electrones en su última órbita (valencia -1. Cuando un átomo es excitado empleando corriente eléctrica. A su vez el átomo que posee entre uno y tres electrones en la última órbita tiende a cederlos a otros átomos que lo requieran para que pueda completar los ocho. control automático de la iluminación en habitaciones.Aplicaciones: Control de contraste en televisores y monitores. permitiendo que se desplacen por el mismo en forma de nube electrónica. a la conducción del calor y a la conducción de la corriente eléctrica. luz. calor. Ese mecanismo denominado "regla del octeto" da lugar a la creación de diferentes combinaciones químicas. se clasifican en tres . juguetes y juegos electrónicos. saltar a la banda de conducción y desplazarse de una molécula a otra dentro de un cuerpo. Conductividad Es la propiedad de los átomos de los metales que permite a los electrones que giran en su última órbita o banda de conducción desplazarse por su estructura molecular conduciendo calor o electricidad. controles industriales. interruptores crepusculares. De acuerdo con la mayor o menor conductividad que tenga un cuerpo. boyas y balizas de encendido automático. dúctil y maleable. aunque siempre en un solo sentido. Aislantes o dieléctricos. Se emplea en algunas aleaciones de bajo punto de fusión. pero cuando se les excita sus electrones pueden pasar a la banda de conducción y facilitar el flujo electrónico. Son materiales en los que los electrones que giran en la última órbita de sus moléculas se encuentran fuertemente atraídos por el núcleo. circuitos integrados y microprocesadores se encuentran el silicio (Si). Todos los metales conducen. encontró el nuevo elemento . la electricidad y el calor. Eso impide que se puedan desplazar libremente a través de la estructura molecular a la que pertenecen. por lo cual no conducen ni calor. lo son en menor medida.grupos: Conductores Aislantes o dieléctricos Semiconductores Conductores. La toxicidad que presenta es similar a la del mercurio. El aire se considera también un buen aislante del calor y la electricidad. el estaño (Sn) y el platino (Pt) son buenos conductores. el aluminio (Al). se enlaza selectivamente con el cadmio. SULFURO DE CADMIO El cadmio es un metal blanco azulado. quien observó que algunas muestras de calamina con impurezas cambiaban de color cuando se calentaban. Entre los elementos o materiales semiconductores más empleados por la industria para fabricar dispositivos electrónicos como diodos. De ahí su nombre de "semiconductores". posiblemente se enlace a residuos de cisteína. Como su nombre indica. el teflón. El oro (Au). Debido a su bajo coeficiente de fricción y muy buena resistencia a la fatiga. se emplea en aleaciones para cojinetes. ni electricidad. Fue descubierto en Alemania en 1817 por Friedrich Stromeyer. que tiene residuos de cisteína. Semiconductores. pues sus átomos tienden a ceder con facilidad los electrones que giran en su última órbita. Por ejemplo. la plata (Ag). mientras que la calamina pura no lo hacía. el cobre (Cu). La metalotioneína. Entre los buenos materiales aislantes se encuentran la mica. los plásticos. por ejemplo. Algunas sales se emplean comopigmentos. estos materiales no son exactamente buenos conductores de la electricidad. en mayor o menor medida. mientras que el hierro (Fe) y el plomo (Pb). el germanio (Ge) y el arseniuro de galio (GaAs). etc. transistores. la porcelana. el sulfuro de cadmio se emplea como pigmento amarillo. ligeramente soluble en disulfuro de carbono y soluble en éter. Durante unos cien años Alemania fue el principal productor de este metal. su conductividad eléctrica aumenta al exponerlo a la luz. Al visitar la fábrica deácido sulfúrico de Gripsholm observó un líquido pardo rojizo que calentado al soplete desprendía un olor fétido que se consideraba entonces característico y exclusivo del telurio. Por debajo de su punto de fusión es un material semiconductor tipo p. y se encuentra en su forma natural. SELENIURO DE CADMIO Es indisoluble en agua y alcohol.como impureza en este compuesto de zinc. además. SULFURO DE PLOMO . convirtiendo la luz en electricidad. y. Fue descubierto en 1817 por Jöns Jacob Berzelius. Presenta el efecto fotoeléctrico. Algunos de las primeros radioreceptores aprovecharon cristales de la galena natural como diodo. Se aprovecha esta reacción en química analítica para separar el plomo junto con otros sulfuros poco solubles de los demás cationes en la marcha analítica. Este segundo método es el más usado. la otra gran clase. los detectores de infrarrojo responden directamente a la radiación incidente. GRÁFICAS DE FOTORRESISTENCIAS: . la radiación se puede medir de dos formas: detectando la débil corriente eléctrica o midiendo el cambio en la resistencia eléctrica del material que nos permite saber la temperatura. estos elementos de detección se clasifican como detectores de fotones.El sulfuro de plomo (II) o sulfuro plumboso es una sustancia oscura. A diferencia de los detectores térmicos. insoluble en agua y ácidos débiles que se forma fácilmente a partir de otras sales de plomo y sulfuros. Debido a esta diferencia.2 Hoy en día el sulfuro de plomo aún se utiliza en algunos detectores de radiación infrarroja. El sulfuro de plomo tiene propiedades de semiconductor. Cuando se usa para infrarrojo. Los detectores térmicos responden solamente ante el cambio de temperatura del material causado por la energía de los fotones. PRUEBAS: Utilizamos hielo y sal en nuestra primera prueba y sólo pudimos llegar a los -6 °C. para que otros factores no afecten en el experimento. . Se tiene que utilizar esmalte de uñas para no dañar el multímetro ni el foto. Se tiene que utilizar sal no yodada.resistor.Eutéctica. Tiene que estar en un cuarto oscuro para que sólo reaccione el fotoresistor con la luz que nosotros utilizamos sin que haya otro tipo de energía luminosa que le esté afectando y pueda cambiar los resultados. el punto de fusión donde se utiliza cierta cantidad de hielo y un porcentaje específico de sal para llegar temperatura -20 °C. Para llegar a -20 °C. cuando están en oscuridad su resistencia es alta y cuando reciben luz su resistencia disminuye considerablemente. y ultravioleta (UV).α: constantes que dependen E: densidad superficial de la energía recibida. aumentando así la conductividad del dispositivo y disminuyendo su resistencia. la del semiconductor fotorresistencia. utilizado. Así. Por supuesto. LDR no lineales: son aquellas hechas comúnmente cuyo comportamiento no depende de la polaridad aplicada sobre ella.hueco. el material de la fotorresistencia responderá a unas longitudes de onda determinadas. incluyendo infrarrojo (IR).Un fotorresistor está hecho de un semiconductor de alta resistencia. De este modo. Para considerar un fotodiodo como una fotorresistencia lineal simplemente se polariza en inverso. Si la luz que incide en el dispositivo es de alta frecuencia. . Estos materiales se colocan en encapsulados de vidrio o resina. Si dejamos de iluminar. Las células son también capaces de reaccionar a una amplia gama de frecuencias. Por lo tanto el número de portadores disminuirá y el valor de la resistencia será mayor. la fotorresistencia iluminada tiene un valor de resistencia bajo. utilizado como elemento sensible a las radiaciones visibles y sulfuro de plomo se emplean en las LDR que trabajan en el margen de las radiaciones infrarrojas. luz visible. La resistencia de este tipos de componentes varia en función de la luz que recibe en su superficie. el valor de la resistencia disminuye. Al haber un mayor número de portadores. los fotones son absorbidos por la elasticidad del semiconductor dando a los electrones la suficiente energía para saltar de la banda de valencia a la banda de conducción. Cuando incide la luz en el material fotoconductor se generan pares electrón . los portadores fotogenerados se recombinarán hasta volver hasta sus valores iniciales. LDR lineales: son mejor conocidas como fotodiodos pero bajo ciertas aplicaciones es posible tratarlas como fotorresistencias debido al comportamiento lineal que presentan. Los materiales que intervienen en su construcción son Sulfuro de Cadmio. Las fotorresistencias se caracterizan por la ecuación: Donde: R: resistencia de A.