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LDR significa resistencia dependiente de la luz (Light-Dependent Resistor). Es un sensor de luz pasivo de dos terminales cuya resistencia eléctrica normalmente disminuye a medida que llega más luz a su superficie sensible. Un LDR también se denomina fotorresistencia, célula fotoconductora, o a veces fotocélula.
A diferencia de un fotodiodo o un fototransistor, un LDR no produce una salida de corriente definida por sí mismo. Se comporta como una resistencia variable, por lo que un circuito práctico normalmente lo combina con una resistencia fija, un comparador, un transistor, un relé o una entrada de controlador.
| Dato rápido sobre LDR | Respuesta |
|---|---|
| Forma completa | Fotorresistencia |
| Tipo de componente | Sensor fotoconductor pasivo |
| Terminales | Dos |
| Polaridad | Ninguno |
| Más luz normalmente provoca | Menor resistencia |
| Menos luz normalmente provoca | Mayor resistencia |
| Función común en el circuito | Un elemento de un divisor de tensión |
| Principal limitación | Respuesta no lineal y relativamente lenta en comparación con los fotodetectores semiconductores |
LDR es una de las abreviaturas incluidas en el VIOX Referencia de formas completas eléctricas. Este artículo explica el comportamiento eléctrico detrás de esa definición.
¿Qué significa LDR en el trabajo eléctrico y electrónico?
El nombre describe el componente directamente:
- Dependiente de la luz significa que su resistencia cambia con la luz que incide sobre él.
- Resistor significa que la variable eléctrica es la resistencia, medida en ohmios.
En la oscuridad, hay relativamente pocos portadores de carga disponibles en el material fotosensible, por lo que la resistencia es alta. Cuando el material absorbe luz adecuada, se dispone de portadores de carga adicionales y la conductividad aumenta. Por lo tanto, la resistencia disminuye.
Esta relación inversa es el comportamiento definitorio:
Una mayor iluminancia generalmente produce una menor resistencia de la LDR; una menor iluminancia generalmente produce una mayor resistencia de la LDR.
La palabra “generalmente” es importante. La resistencia exacta depende del material del dispositivo, la longitud de onda de la luz, la iluminancia, la temperatura, la exposición previa y el método de prueba indicado por el fabricante.
¿Es una LDR lo mismo que una fotorresistencia?
Sí. LDR y fotorresistencia normalmente se refieren a la misma clase de componente. “Célula fotoconductora” es el término técnico más descriptivo porque el dispositivo funciona mediante fotoconductividad.
“Fotocélula” también puede referirse a una LDR, pero es un término más amplio y puede hacer referencia a otros dispositivos fotosensibles o a conjuntos de control completos. Por lo tanto, una lista de materiales debe utilizar el nombre preciso del componente y el número de pieza en lugar de depender únicamente de “fotocélula”.
¿Cómo funciona una LDR?
Una LDR utiliza una trayectoria semiconductora fotosensible formada entre dos bornes conductores. La trayectoria suele estar dispuesta en un patrón serpenteante para proporcionar una resistencia útil en un área de detección compacta.
Su funcionamiento se basa en la fotoconductividad:
- Con poca luz, el material tiene pocos portadores de carga móviles y presenta una alta resistencia.
- Los fotones incidentes transfieren energía a los electrones en el material fotosensible.
- Los fotones con suficiente energía aumentan el número de portadores de carga disponibles.
- La conductividad aumenta, por lo que la resistencia disminuye.
- Cuando se retira la luz, el dispositivo vuelve hacia su resistencia en oscuridad, pero no de forma instantánea.
La respuesta depende tanto de la intensidad de la luz como de la longitud de onda. Un dispositivo que responde fuertemente a la luz verde visible puede comportarse de manera diferente bajo luz infrarroja, incluso cuando un luxómetro de uso general informa una iluminancia similar.
La resistencia frente a la iluminancia es no lineal
Una LDR no es un sensor de lux lineal de precisión. En una región especificada, los fabricantes pueden representar su comportamiento utilizando una relación empírica como:
R = A × E^(-γ)donde:
Res la resistencia de la célula;Ees la iluminancia;Unes una constante dependiente del dispositivo;γdescribe la pendiente de la curva de resistencia frente a iluminancia.
Ambas constantes dependen del modelo y de las condiciones. La ecuación es útil para estimar el comportamiento del circuito solo cuando se ajusta a la curva de la hoja de datos del dispositivo seleccionado o a muestras medidas. No debe tratarse como una fórmula universal de LDR.
Símbolo y polaridad de la LDR
El símbolo del circuito se basa en un símbolo de resistencia con dos flechas apuntando hacia él. Las flechas representan la luz incidente. Dependiendo de la convención de dibujo, la resistencia y las flechas pueden aparecer dentro de un círculo.
Una LDR común tiene ningún borne positivo o negativo. Cualquiera de los terminales puede conectarse hacia la alimentación o a tierra. Lo que cambia la respuesta del circuito no es la polaridad de la LDR, sino su posición en el circuito.
Esta distinción evita un malentendido común: invertir una LDR no invierte su acción de detección, pero intercambiar la LDR y la resistencia fija en un divisor de tensión invierte la dirección del cambio de tensión de salida.
Cómo funciona una LDR en un divisor de tensión
Un controlador normalmente no puede medir la resistencia directamente en una entrada de tensión estándar. La solución común es emparejar la LDR con una resistencia fija y convertir el cambio de resistencia en un cambio de tensión.
LDR conectada hacia la alimentación
Si la LDR está conectada entre Vin y el nodo de salida, y la resistencia fija está conectada entre la salida y tierra:
Vout = Vin × Rfixed / (RLDR + Rfixed)A medida que aumenta la luz, RLDR disminuye. El denominador se vuelve más pequeño, por lo que el voltaje de salida aumenta.
LDR conectado hacia tierra
Si la resistencia fija está conectada a Vin y la LDR está conectada entre la salida y tierra:
Vout = Vin × RLDR / (Rfixed + RLDR)A medida que aumenta la luz, RLDR cae, por lo que la tensión de salida cae.
| Respuesta deseada al aumento de luz | Disposición del divisor |
|---|---|
| La tensión de salida debería aumentar | LDR hacia la alimentación, resistencia fija hacia tierra |
| La tensión de salida debería caer | Resistencia fija hacia la alimentación, LDR hacia tierra |
La resistencia fija determina el rango de detección útil. Un punto de partida práctico suele ser una resistencia cercana al valor esperado de la LDR en el umbral de conmutación previsto, seguido de una verificación bajo el espectro real de la lámpara, la geometría de montaje, la temperatura y las condiciones de la envolvente.
Cómo leer una hoja de datos de una LDR
No seleccione una LDR basándose únicamente en el diámetro o en una “resistencia a la luz” anunciada. Las condiciones de prueba adjuntas a cada valor nominal son parte de la especificación.
| Parámetro de la hoja de datos | Lo que te dice | Por qué es importante la condición de prueba |
|---|---|---|
| Resistencia iluminada | Resistencia a una iluminancia determinada | El nivel de lux, el espectro de la fuente o la temperatura de color y la tolerancia afectan al valor |
| Resistencia en oscuridad | Resistencia después de retirar la luz | Los fabricantes pueden especificar un periodo de oscuridad definido antes de la medición |
| Relación de resistencia o coeficiente de sensibilidad | Cambio entre dos niveles de luz establecidos | Útil para el rango de umbral y la comparación entre componentes |
| Respuesta espectral | Rango de longitud de onda y sensibilidad máxima | Un dispositivo puede responder de manera diferente a la luz del día, los LED y las fuentes infrarrojas |
| Tiempo de subida y bajada | Velocidad de respuesta de luz a oscuridad y de oscuridad a luz | Las dos direcciones pueden tener tiempos de respuesta diferentes |
| Tensión y potencia máximas | Límites de esfuerzo eléctrico | Exceder cualquiera de los límites puede dañar o desviar la celda |
| Temperatura de funcionamiento | Rango permitido de temperatura ambiente o corporal | La resistencia y el umbral de conmutación pueden variar con la temperatura |
Por ejemplo, el Luna Optoelectronics PDV-P9001 hoja de datos especifica la resistencia iluminada a 10 lux desde una fuente de 2856 K, la resistencia en oscuridad después de un intervalo establecido, la respuesta espectral y los tiempos de subida y bajada por separado. Esas cifras son útiles para ese modelo porque las condiciones están definidas; no son valores LDR universales. Consulte la hoja de datos del fabricante del PDV-P9001.
¿Dónde se utilizan las LDR?
Las LDR son adecuadas cuando un circuito necesita una indicación económica del brillo ambiental y no se requiere una medición óptica de alta velocidad o precisión.
| Aplicación | Cómo se utiliza la LDR | Consideración de diseño |
|---|---|---|
| Iluminación automática del anochecer al amanecer | Detecta cuando la luz ambiental cruza un umbral | Añada histéresis o retardo para evitar el traqueteo cerca del punto de conmutación |
| Control de brillo de la pantalla | Ajusta la retroiluminación según la iluminación de la sala | Tenga en cuenta las ventanas de la envolvente y la propia luz emitida por la pantalla |
| Alarmas de luz y oscuridad | Cambia el estado del comparador cuando se bloquea o se introduce luz | Proteja el sensor de fuentes de luz no deseadas |
| Controles de cámara o de consumo | Proporciona una indicación amplia de la luz ambiental | La calibración y la velocidad de respuesta pueden limitar la precisión |
| Circuitos de control educativos | Demuestra la detección, los divisores, la conmutación por transistor o el control por relé | Mantenga la corriente de carga fuera del LDR y utilice una etapa de control adecuada |
Un LDR generalmente debe tratarse como un elemento sensor, no como el dispositivo que conmuta directamente una lámpara, un motor, una bobina de contactor u otra carga. La salida del divisor puede alimentar un comparador, un transistor, una entrada de microcontrolador u otra interfaz seleccionada para la carga.
LDR frente a fotodiodo frente a fototransistor
Todos estos dispositivos responden a la luz, pero no proporcionan la misma salida eléctrica.
| Dispositivo | Comportamiento de salida principal | Velocidad relativa | Mejor opción |
|---|---|---|---|
| LDR / fotorresistencia | La resistencia cambia con la luz | Relativamente lenta | Brillo ambiental y control de umbral simple |
| Fotodiodo | La luz produce una corriente relacionada con la entrada óptica | Rápido | Medición, comunicación y detección rápida |
| Fototransistor | La luz controla la corriente del transistor | Más rápido que una LDR típica, con ganancia | Detección de objetos y conmutación donde una mayor sensibilidad es útil |
| Sensor de luz ambiental digital | Salida digital calibrada o procesada | Dependiente del dispositivo | Sistemas que requieren repetibilidad, integración digital o datos orientados a lux |
Elija una LDR cuando la simplicidad y la detección amplia de luz ambiental sean más importantes que la velocidad, la linealidad y la medición calibrada. Elija otro sensor óptico cuando la aplicación requiera una respuesta rápida, lecturas de lux repetibles, una coincidencia espectral definida o comunicación digital.
Limitaciones importantes de las LDR
Un diseño con LDR debe tener en cuenta estas limitaciones:
- No linealidad: la resistencia no cambia proporcionalmente con los lux.
- Retraso de respuesta: la resistencia tarda tiempo en estabilizarse después de cambios en la iluminación.
- Tolerancia del componente: los dispositivos de la misma familia pueden tener un amplio rango de resistencia.
- Dependencia de la temperatura: el umbral de conmutación puede desplazarse a medida que cambia la temperatura.
- Dependencia espectral: la luz natural y las diferentes tecnologías de lámparas pueden no producir respuestas equivalentes.
- Historial y efectos del envejecimiento: la iluminación previa y las condiciones de servicio pueden influir en la repetibilidad.
- Cumplimiento de materiales: muchos fotorresistores tradicionales utilizan sulfuro de cadmio. Verifique la declaración de materiales del componente seleccionado, el estado de la directiva de Restricción de Sustancias Peligrosas (RoHS), las exenciones y los requisitos del mercado de destino en lugar de asumir el cumplimiento basándose en el nombre del componente. La base de datos de exenciones RoHS de la Agencia Europea de Sustancias y Mezclas Químicas muestra que las exenciones para el cadmio son específicas de cada aplicación.
Estas limitaciones no hacen que una LDR sea inadecuada. Definen las tareas que realiza bien: detección de luz/oscuridad de bajo costo y control aproximado de luz ambiental con un circuito diseñado en torno a sus tolerancias.
Preguntas Frecuentes
¿Cuál es el significado completo de LDR?
LDR significa Fotorresistencia. También se conoce como fotorresistencia o célula fotoconductora.
¿La resistencia de una LDR aumenta o disminuye con la luz?
Para una LDR convencional, la resistencia disminuye a medida que aumenta la luz incidente y aumenta a medida que disminuye el nivel de luz.
¿Tiene polaridad una LDR?
No. Una LDR básica de dos bornes no está polarizada, por lo que cualquiera de los bornes puede conectarse en cualquier dirección. Su posición en relación con la resistencia fija determina si la tensión de salida de un divisor aumenta o disminuye con la luz.
¿Es una LDR un componente activo o pasivo?
Una LDR es un componente pasivo. Cambia su resistencia en respuesta a la luz, pero no proporciona ganancia de potencia ni una salida digital autoalimentada.
¿Puede una LDR medir lux con precisión?
Una LDR puede indicar cambios relativos en la luz y puede calibrarse en un rango limitado, pero generalmente no es la primera opción para una medición precisa de lux. Deben considerarse su respuesta no lineal, tolerancia, sensibilidad espectral, dependencia de la temperatura y tiempo de respuesta.
Resumen
LDR significa Fotorresistencia. El componente utiliza fotoconductividad: una mayor luz incidente crea más portadores de carga, lo que aumenta la conductividad y reduce la resistencia. Tiene dos bornes no polarizados y se utiliza comúnmente en un divisor de tensión para convertir los cambios de luz en una tensión medible.
Para un diseño fiable, seleccione una LDR a partir de su resistencia iluminada bajo condiciones establecidas, resistencia en oscuridad, respuesta espectral, tiempo de respuesta, límites de tensión y potencia, rango de temperatura y documentación de cumplimiento de materiales. No aplique la resistencia “típica” de un modelo a todas las LDR.