Qué es la resistencia dependiente de la luz : Circuito y su funcionamiento

El control de las luces y de los electrodomésticos se suele manejar y mantener manualmente en varias ocasiones. Pero el proceso de control de los electrodomésticos puede causar un desperdicio de energía debido al descuido de los seres humanos o a circunstancias inusuales. Para superar este problema podemos utilizar el circuito de resistencia dependiente de la luz para controlar las cargas en función de la intensidad de la luz. Una LDR o fotorresistencia es un dispositivo formado por material semiconductor de alta resistencia. Este artículo ofrece una visión general de lo que es la LDR o circuito de resistencia dependiente de la luz y su funcionamiento.


¿Qué es una resistencia dependiente de la luz?

Un componente electrónico como la LDR o resistencia dependiente de la luz responde a la luz. Una vez que los rayos de luz caen sobre él, la resistencia cambia inmediatamente. Los valores de resistencia de una LDR pueden cambiar en varios órdenes de magnitud. El valor de la resistencia se reducirá cuando aumente el nivel de luz.

Los valores de resistencia de las LDR en la oscuridad son de varios megaohmios, mientras que con luz brillante se reducen a cientos de ohmios. Por eso, debido a este cambio de resistencia, estas resistencias se utilizan mucho en diferentes aplicaciones. La sensibilidad de la LDR también cambia por la longitud de onda de la luz incidente.

El diseño de las LDR puede realizarse utilizando materiales semiconductores que permitan sus propiedades sensibles a la luz. El famoso material utilizado en esta resistencia es el CdS (sulfuro de cadmio), aunque la utilización de este material está actualmente restringida en los países europeos debido a algunos problemas medioambientales al utilizarlo. Asimismo, el CdSe (seleniuro de cadmio) también está restringido y entre los materiales adicionales que pueden emplearse se encuentran principalmente el PbS (sulfuro de plomo) y el InS (antimoníaco de indio).

Aunque para estas resistencias se utiliza un material semiconductor, porque son dispositivos simplemente pasivos y no tienen una unión PN. Esto las diferencia de otras LDR, como los fototransistores y los fotodiodos.

Resistencia dependiente de la luz

Símbolo LDR

En los circuitos electrónicos, se utiliza el símbolo LDR que depende principalmente del símbolo de la resistencia; sin embargo, ilustra los rayos de luz en forma de flechas. De este modo, sigue el mismo principio que se utiliza para los símbolos de circuitos de fototransistores y fotodiodos, en los que se utilizan flechas para demostrar la caída de la luz en estos tipos de componentes. A continuación se muestran los símbolos de los circuitos LDR.

Símbolos de LDR
Símbolos LDR

Construcción de un LDR

La construcción de un LDR incluye un material sensible a la luz que se coloca sobre un sustrato aislante como la cerámica. El material se coloca en forma de zigzag para obtener la potencia y la resistencia necesarias. La zona en zigzag separa las zonas colocadas de metal en dos regiones.

Construcción de resistencias en función de la potencia
Construcción de resistencias dependientes de la luz

Donde los contactos óhmicos se realizan en los lados de la zona. Las resistencias de los contactos deben ser lo más bajas posible para que la resistencia varíe principalmente por el efecto de la luz. Se evita el uso de materiales de plomo y cadmio, ya que son perjudiciales para el medio ambiente.

Principio de funcionamiento de la resistencia dependiente de la luz

El principio de funcionamiento de una LDR es la fotoconductividad, que no es más que un fenómeno óptico. Cuando el material absorbe la luz, la conductividad del material aumenta. Cuando la luz incide sobre el LDR, los electrones de la banda de valencia del material pasan a la banda de conducción. Pero los fotones de la luz incidente deben tener una energía superior a la banda prohibida del material para que los electrones salten de una banda a otra (de valencia a conducción).

Por lo tanto, cuando la luz tiene mucha energía, se excitan más electrones a la banda de conducción, lo que da lugar a un gran número de portadores de carga. Cuando el efecto de este proceso y el flujo de la corriente comienzan a fluir más, la resistencia del dispositivo disminuye.

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Circuito de resistencia dependiente de la luz

El circuito de la LDR es un circuito electrónico construido con la LDR, el relé, el par Darlington, el diodo y las resistencias que se muestran en el siguiente diagrama de circuito. Se suministra una tensión a la carga

La tensión continua necesaria para el circuito LDR se suministra desde un circuito rectificador en puente o desde una batería. Este circuito transforma la alimentación de CA en CC. El circuito rectificador en puente utiliza un transformador reductor para reducir la tensión de 230v a 12v. Los diodos se conectan en forma de puente para transformar la tensión alterna en continua. El regulador de voltaje se utiliza para cambiar los 12v DC-6v DC, y luego, este voltaje DC se suministra a todo el circuito. Para que el circuito del sensor de luz funcione de forma continua, hay que mantener una alimentación de 230v CA tanto para el puente rectificador como para la carga.

Diagrama del circuito LDR
Diagrama del circuito LDR

Por la mañana, este sensor tiene una baja resistencia de unos 100Ω. Por lo tanto, la alimentación fluye a través de la LDR y la tierra a través de la resistencia variable y la resistencia como se muestra en el circuito del sensor de luz anterior. Esto se debe a la resistencia que ofrece la resistencia dependiente de la luz durante el día o cuando la luz incide sobre el LDR, entonces es menor en comparación con la resistencia del resto del circuito del sensor. Estamos al tanto del principio de la corriente, según el cual el flujo de corriente fluye siempre por el camino de la baja resistencia.

Por lo tanto, la bobina del relé no recibe suficiente suministro para fortalecerse. De ahí que la luz se apague durante el día. Del mismo modo, durante la noche, la resistencia de la LDR aumenta hasta un valor elevado (20MΩ). Así, debido a la alta resistencia de la resistencia, el flujo de corriente es bajo o casi nulo. Ahora, el flujo de corriente a través de la vía de baja resistencia es tal que aumenta la tensión de base del par Darlington hasta alcanzar más de 1,4v. Al activarse el transistor del par Darlington, la bobina del relé adquiere suficiente alimentación para activarse y, por tanto, la luz se enciende por la noche.

Dependencia de la frecuencia de la LDR

La sensibilidad de la LDR varía en función de la longitud de onda de la luz que afecta a la región de respuesta del dispositivo. Este efecto es notable y se encuentra cuando la longitud de onda de la luz está fuera de un rango especificado, entonces no habrá un efecto notable. Los dispositivos fabricados con distintos materiales responderán de forma diferente a las longitudes de onda de la luz, lo que significa que los distintos componentes pueden emplearse para diversas aplicaciones.

También se ha comprobado que las resistencias de tipo extrínseco suelen responder mejor a la longitud de onda de la luz y pueden utilizarse para los infrarrojos. Pero una vez que se trabaja con los infrarrojos, hay que tener cuidado para evitar la acumulación de calor causada por el efecto de calentamiento de la radiación.

Latencia de la resistencia en función de la luz

La latencia es el principal aspecto asociado a una LDR, es decir, el tiempo que tardan los componentes en responder a cualquier cambio. Por tanto, esta característica es especialmente significativa para el diseño de un circuito. Se necesita un tiempo visible desde cualquier cambio en un nivel de luz antes de que la LDR alcance su último valor para el nuevo nivel de luz. Así que, por esta razón, la resistencia dependiente de la luz no es una mejor opción cuando hay un cambio razonablemente rápido de los valores de luz. Una vez que los cambios de luz se produzcan durante un determinado periodo de tiempo, entonces serán suficientes.

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La tasa de recuperación de la resistencia no es más que la velocidad a la que cambia la resistencia. Normalmente, el LDR responde en unas decenas de milisegundos una vez que se da la luz después de la oscuridad total, sin embargo, una vez que se retira la luz, entonces puede tardar hasta un segundo. En la hoja de datos del componente, las especificaciones del LDR se citan normalmente como la resistencia a la oscuridad después de un tiempo determinado, como en segundos. Los valores citados con frecuencia son un valor para 1 segundo y otro para 5 segundos. Estos valores dan una indicación de la latencia de la resistencia.

Especificaciones de la resistencia dependiente de la luz

Las especificaciones de las LDR incluyen principalmente la disipación de potencia máxima, la tensión máxima de funcionamiento, la longitud de onda máxima, la resistencia oscura, etc. Los valores de estas especificaciones se mencionan a continuación.

  • La potencia máxima disipada es de 200mW
  • La tensión máxima a 0 lux es de 200V
  • La longitud de onda máxima es de 600 nm
  • La resistencia mínima a 10lux es de 1,8kΩ
  • La resistencia máxima a 10lux es de 4,5kΩ
  • La resistencia típica a 100lux es de 0,7kΩ
  • La resistencia oscura después de 1 segundo es de 0,03MΩ
  • La resistencia oscura después de 5 segundos es de 0,25MΩ

Características de la LDR

La resistencia dependiente de la luz es muy sensible a la luz. Cuando la luz es más intensa, la resistencia es menor, lo que significa que cuando la intensidad de la luz aumenta, el valor de la resistencia de la LDR disminuirá drásticamente hasta situarse por debajo de 1K.

Características del LDR
Características del LDR

Cuando la luz cae sobre la LDR, la resistencia disminuye y cuando la resistencia se coloca en la oscuridad, la resistencia aumenta, lo que se denomina resistencia oscura. Si algún dispositivo absorbe la luz, su resistencia se reducirá radicalmente. Si se le da un voltaje estable, la intensidad de la luz aumentará y el flujo de corriente empezará a aumentar. Así, el siguiente diagrama representa las características entre la resistencia y la iluminación para una LDR específica.

Las LDR no son dispositivos lineales y su sensibilidad cambia según la longitud de onda de la luz que incide sobre ellas. Algunos tipos de fotocélulas no son en absoluto sensibles a un rango concreto de longitudes de onda porque depende del material utilizado.

Una vez que los rayos de luz caen sobre una fotocélula, la resistencia cambiará en 8 ms a 12, mientras que utiliza algunos segundos más para que la resistencia vuelva a su valor inicial una vez que se retira la luz. Esto se conoce como tasa de recuperación de la resistencia. En los compresores de audio, esta propiedad es aplicable.

Además, estas resistencias responden poco a los fototransistores y fotodiodos. Un fotodiodo es un dispositivo semiconductor de unión PN, que se utiliza para convertir la luz en electricidad, mientras que una fotocélula es un dispositivo pasivo y no incluye una unión PN, pero se utiliza para convertir la luz en electricidad.

Tipos de LDR

La clasificación de los LDR puede hacerse en función de la linealidad o de los materiales fotosensibles. Los materiales más utilizados en el diseño de LDR son principalmente el sulfuro de cadmio, el sulfuro de talio, el seleniuro de cadmio y el sulfuro de plomo.

  • Los LDRs generados con este material químico de sulfuro de cadmio responden muy bien a todo tipo de radiaciones luminosas que se encuentran dentro del espectro de los seres humanos.
  • Los LDR fabricados con productos químicos de sulfato de plomo son especialmente sensibles a la radiación IR.

La clasificación más frecuente de los LDR es lineal y no lineal

  • Las LDR de tipo lineal se denominan fotodiodos, aunque en algunas áreas de aplicación se utilizan como fotorresistencias debido al rendimiento lineal que presentan y a su funcionamiento.
  • Los LDR no lineales se utilizan habitualmente, pero su comportamiento no depende de la polaridad por la que se une.
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Ventajas de los LDR

El ventajas de la LDR son las siguientes

  • La sensibilidad es alta
  • Dispositivos sencillos y pequeños
  • Fácil de usar
  • Barato
  • No hay potencial de unión.
  • La relación de resistencia a la luz y a la oscuridad es alta.
  • Su conexión es sencilla

Desventajas de la LDR

El desventajas de la LDR incluyen las siguientes.

  • La respuesta espectral es estrecha
  • Efecto de histéresis
  • La estabilidad de la temperatura es baja para los mejores materiales
  • En los materiales estables, responde muy lentamente
  • El uso de la LDR está limitado cuando la señal luminosa cambia muy rápidamente
  • No es un dispositivo tan sensible.
  • Proporciona un resultado incorrecto cuando se altera la temperatura de trabajo

Aplicaciones de la LDR

Las resistencias dependientes de la luz son dispositivos sencillos y de bajo coste. Estos dispositivos se utilizan cuando es necesario detectar la presencia y la ausencia de luz. Estas resistencias se utilizan como sensores de luz y las aplicaciones de las LDR incluyen principalmente los relojes de alarma, las luces de la calle, los medidores de intensidad de luz y los circuitos de alarma antirrobo. Para una mejor comprensión de este concepto, aquí hemos explicado un proyecto que consiste en la conservación de la energía de las luces de la calle controladas por la intensidad utilizando LDR.

Conservación de la energía de las farolas de intensidad controlada mediante LDR

Hoy en día, la iluminación de las carreteras se realiza mediante lámparas HID, pero el consumo de energía de estas luces es elevado y no existe un mecanismo concreto para encender y apagar las luces desde el amanecer hasta el atardecer. Para superar este problema, se presenta un método alternativo que utiliza LEDs, es decir, la conservación de la energía de las luces de calle de intensidad controlada utilizando LDR.

El sistema propuesto se construye para superar el inconveniente de las lámparas HID actuales. El sistema propuesto determina el uso de diodos emisores de luz como fuente de luz y su control de intensidad ajustable según las necesidades. Estas luces consumen menos energía, así como la vida útil de estas luces, que es mayor en comparación con las lámparas HID convencionales.

La característica más importante de este proyecto es que la intensidad de la luz puede controlarse según la necesidad durante la noche, lo que no es posible en las lámparas HID. Se utiliza una LDR para detectar la luz y la resistencia de la LDR se reduce drásticamente según la luz del día, lo que forma una señal i/p para el controlador.

Se utiliza un grupo de LEDs para hacer una farola y el microcontrolador que se utiliza en el proyecto está preprogramado con instrucciones que controlan la intensidad de la luz en función de las señales de modulación de anchura de pulso generadas. La intensidad de la luz se mantiene alta durante la noche, y como el tráfico en las carreteras tiende a disminuir en las horas punta, la intensidad también cae gradualmente hasta la mañana. Finalmente, las luces LED se apagan por la mañana, a las 6, y vuelven a hacerlo a las 6 de la tarde. Este proceso continuará.

Además, este proyecto puede desarrollarse mezclándolo con un panel solar, que cambia la intensidad de la solar a la tensión equivalente y la energía solar se utiliza para alimentar las luces de las carreteras.

Así pues, esto es todo sobre el principio de funcionamiento de la resistencia dependiente de la luz, el diagrama del circuito y sus aplicaciones y es una tipo de fotorresistencia. Esperamos que hayas obtenido un mejor concepto a través de este artículo. Además, si tienes alguna duda sobre este artículo o sobre los proyectos de electricidad y electrónica, no dudes en comentarlo en la sección de comentarios de abajo. Aquí tienes una pregunta, ¿cuál es la función de una LDR?

Javired
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