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LDR significa Light-Dependent Resistor (resistor dependente de luz). É um sensor de luz passivo de dois terminais cuja resistência elétrica normalmente diminui à medida que mais luz atinge sua superfície sensível. Um LDR também é chamado de fotorresistor, célula fotocondutora, ou às vezes de fotocélula.
Ao contrário de um fotodiodo ou fototransistor, um LDR não produz uma saída de corrente definida por si só. Ele se comporta como um resistor variável, portanto, um circuito prático normalmente o combina com um resistor fixo, comparador, transistor, contator ou entrada de controlador.
| Fato rápido sobre LDR | Resposta |
|---|---|
| Forma completa | Resistor Dependente de Luz |
| Tipo de componente | Sensor fotocondutor passivo |
| Terminais | Dois |
| Polaridade | Nenhum |
| Mais luz normalmente causa | Menor resistência |
| Menos luz normalmente causa | Maior resistência |
| Função comum no circuito | Um elemento de um divisor de tensão |
| Principal limitação | Resposta não linear e relativamente lenta em comparação com fotodetectores semicondutores |
LDR é uma das abreviações incluídas no VIOX Referência de formas completas elétricas. Este artigo explica o comportamento elétrico por trás dessa definição.
O que LDR significa no trabalho elétrico e eletrônico?
O nome descreve o componente diretamente:
- Dependente de luz significa que sua resistência muda com a luz que incide sobre ele.
- Resistor significa que a variável elétrica é a resistência, medida em ohms.
Na escuridão, relativamente poucos portadores de carga estão disponíveis no material fotossensível, portanto a resistência é alta. Quando o material absorve luz adequada, portadores de carga adicionais tornam-se disponíveis e a condutividade aumenta. A resistência, portanto, cai.
Esta relação inversa é o comportamento definidor:
Uma iluminância mais alta geralmente produz uma resistência de LDR mais baixa; uma iluminância mais baixa geralmente produz uma resistência de LDR mais alta.
A palavra “geralmente” é importante. A resistência exata depende do material do dispositivo, do comprimento de onda da luz, da iluminância, da temperatura, da exposição anterior e do método de teste declarado pelo fabricante.
Um LDR é o mesmo que um fotorresistor?
Sim. LDR e fotorresistor referem-se normalmente à mesma classe de componente. “Célula fotocondutora” é o termo técnico mais descritivo porque o dispositivo opera através da fotocondutividade.
“Fotocélula” também pode significar um LDR, mas o termo é mais amplo e pode referir-se a outros dispositivos sensíveis à luz ou a conjuntos de controle completos. Portanto, uma lista de materiais deve usar o nome preciso do componente e o número da peça, em vez de depender apenas de “fotocélula”.
Como funciona um LDR?
Um LDR utiliza um caminho semicondutor fotossensível formado entre dois terminais condutores. O caminho é frequentemente disposto em um padrão serpentinado para fornecer uma resistência útil sobre uma área de detecção compacta.
Sua operação baseia-se na fotocondutividade:
- Em baixa luminosidade, o material possui poucos portadores de carga móveis e apresenta alta resistência.
- Fótons incidentes transferem energia para os elétrons no material fotossensível.
- Fótons com energia suficiente aumentam o número de portadores de carga disponíveis.
- A condutividade aumenta, portanto a resistência diminui.
- Quando a luz é removida, o dispositivo retorna à sua resistência no escuro, mas não instantaneamente.
A resposta depende tanto da intensidade da luz quanto do comprimento de onda. Um dispositivo que responde fortemente à luz verde visível pode se comportar de maneira diferente sob luz infravermelha, mesmo quando um medidor de luz de uso geral relata uma iluminância semelhante.
A resistência versus iluminância é não linear
Um LDR não é um sensor de lux linear de precisão. Em uma região especificada, os fabricantes podem representar seu comportamento usando uma relação empírica como:
R = A × E^(-γ)onde:
Ré a resistência da célula;Eé a iluminância;Umé uma constante dependente do dispositivo;γdescreve a inclinação da curva de resistência versus iluminância.
Ambas as constantes dependem do modelo e das condições. A equação é útil para estimar o comportamento do sistema elétrico apenas quando ajustada à curva da folha de dados do dispositivo selecionado ou a amostras medidas. Não deve ser tratada como uma fórmula universal de LDR.
Símbolo e polaridade do LDR
O símbolo do circuito baseia-se no símbolo de um resistor com duas setas apontando para ele. As setas representam a luz incidente. Dependendo da convenção de desenho, o resistor e as setas podem aparecer dentro de um círculo.
Um LDR comum não possui terminal positivo ou negativo. Qualquer um dos terminais pode ser conectado à alimentação ou ao terra. O que altera a resposta do circuito não é a polaridade do LDR, mas sua posição no circuito.
Esta distinção evita um mal-entendido comum: inverter um LDR não inverte sua ação de detecção, mas trocar o LDR e o resistor fixo em um divisor de tensão inverte a direção da mudança da tensão de saída.
Como um LDR funciona em um divisor de tensão
Um controlador normalmente não consegue medir a resistência diretamente em uma entrada de tensão padrão. A solução comum é combinar o LDR com um resistor fixo e converter a mudança de resistência em uma mudança de tensão.
LDR conectado em direção à alimentação
Se o LDR estiver conectado entre Vin e o nó de saída, e o resistor fixo estiver conectado entre a saída e o terra:
Vout = Vin × Rfixed / (RLDR + Rfixed)À medida que a luz aumenta, RLDR cai. O denominador torna-se menor, portanto a tensão de saída aumenta.
LDR conectado ao terra
Se o resistor fixo estiver conectado a Vin e o LDR estiver conectado entre a saída e o terra:
Vout = Vin × RLDR / (Rfixed + RLDR)À medida que a luz aumenta, RLDR cai, portanto a tensão de saída cai.
| Resposta desejada ao aumento de luminosidade | Arranjo de divisor |
|---|---|
| A tensão de saída deve subir | LDR em direção à alimentação, resistor fixo em direção ao terra |
| A tensão de saída deve cair | Resistor fixo em direção à alimentação, LDR em direção ao terra |
O resistor fixo determina a faixa de detecção útil. Um ponto de partida prático é, frequentemente, uma resistência próxima ao valor esperado do LDR no limiar de comutação pretendido, seguido de verificação sob o espectro real da lâmpada, geometria de montagem, temperatura e condições do invólucro.
Como ler uma folha de dados de um LDR
Não selecione um LDR apenas pelo diâmetro ou por uma “resistência à luz” anunciada. As condições de teste anexadas a cada classificação fazem parte da especificação.
| Parâmetro da folha de dados | O que ele informa | Por que a condição de teste é importante |
|---|---|---|
| Resistência iluminada | Resistência em uma iluminância declarada | O nível de lux, o espectro da fonte ou a temperatura de cor e a tolerância afetam o valor |
| Resistência no escuro | Resistência após a remoção da luz | Os fabricantes podem especificar um período de escuro definido antes da medição |
| Razão de resistência ou coeficiente de sensibilidade | Mudança entre dois níveis de luz declarados | Útil para faixa de limiar e comparação entre peças |
| Resposta espectral | Faixa de comprimento de onda e sensibilidade de pico | Um dispositivo pode responder de forma diferente à luz do dia, LEDs e fontes de infravermelho |
| Tempo de subida e descida | Velocidade de resposta de claro para escuro e de escuro para claro | As duas direções podem ter tempos de resposta diferentes |
| Tensão e potência máximas | Limites de estresse elétrico | Exceder qualquer um dos limites pode danificar ou causar desvio na célula |
| Temperatura de funcionamento | Faixa permitida de temperatura ambiente ou do corpo | A resistência e o limiar de comutação podem variar com a temperatura |
Por exemplo, a Luna Optoelectronics PDV-P9001 folha de dados especifica a resistência iluminada sob 10 lux de uma fonte de 2856 K, a resistência no escuro após um intervalo determinado, a resposta espectral e tempos de subida e descida separados. Esses valores são úteis para esse modelo porque as condições estão definidas; eles não são valores universais de LDR. Veja a folha de dados do fabricante do PDV-P9001.
Onde os LDRs são usados?
Os LDRs são adequados quando um circuito precisa de uma indicação econômica de brilho ambiente e não é necessária uma medição óptica de alta velocidade ou precisão.
| Aplicação | Como o LDR é usado | Consideração de projeto |
|---|---|---|
| Iluminação automática do anoitecer ao amanhecer | Detecta quando a luz ambiente ultrapassa um limite | Adicione histerese ou atraso para evitar oscilações próximo ao ponto de comutação |
| Controle de brilho do display | Ajusta a luz de fundo de acordo com a iluminação do ambiente | Considere as janelas do invólucro e a própria luz emitida pelo display |
| Alarmes de claro e escuro | Altera o estado do comparador quando a luz é bloqueada ou introduzida | Proteja o sensor contra fontes de luz não intencionais |
| Controles de câmera ou de consumo | Fornece uma indicação ampla de luz ambiente | A calibração e a velocidade de resposta podem limitar a precisão |
| Circuitos de controle educacionais | Demonstra detecção, divisores, comutação por transistor ou controle por relé | Mantenha a corrente de carga fora do LDR e utilize um estágio de acionamento adequado |
Um LDR deve ser geralmente tratado como um elemento sensor, não como o dispositivo que comuta diretamente uma lâmpada, motor, bobina de contator ou outra carga. A saída do divisor pode alimentar um comparador, transistor, entrada de microcontrolador ou outra interface selecionada para a carga.
LDR vs Fotodiodo vs Fototransistor
Todos estes dispositivos respondem à luz, mas não fornecem a mesma saída elétrica.
| Dispositivo | Comportamento da saída primária | Velocidade relativa | Melhor opção |
|---|---|---|---|
| LDR / fotorresistor | A resistência muda com a luz | Relativamente lenta | Brilho ambiente e controle de limiar simples |
| Fotodiodo | A luz produz uma corrente relacionada à entrada óptica | Rápido | Medição, comunicação e detecção rápida |
| Fototransistor | A luz controla a corrente do transistor | Mais rápido que um LDR típico, com ganho | Detecção de objetos e comutação onde maior sensibilidade é útil |
| Sensor digital de luz ambiente | Saída digital calibrada ou processada | Dependente do dispositivo | Sistemas que requerem repetibilidade, integração digital ou dados orientados a lux |
Escolha um LDR quando a simplicidade e a detecção ampla de luz ambiente forem mais importantes do que a velocidade, a linearidade e a medição calibrada. Escolha outro sensor óptico quando a aplicação exigir resposta rápida, leituras de lux repetíveis, correspondência espectral definida ou comunicação digital.
Limitações importantes do LDR
Um projeto com LDR deve levar em conta estas restrições:
- Não linearidade: a resistência não muda proporcionalmente com os lux.
- Atraso de resposta: a resistência leva tempo para estabilizar após mudanças na iluminação.
- Tolerância do componente: dispositivos da mesma família podem apresentar uma ampla faixa de resistência.
- Dependência de temperatura: o limiar de comutação pode variar conforme a temperatura muda.
- Dependência espectral: a luz do dia e diferentes tecnologias de lâmpadas podem não produzir respostas equivalentes.
- Histórico e efeitos de envelhecimento: a iluminação e as condições de serviço anteriores podem influenciar a repetibilidade.
- Conformidade de materiais: muitos fotorresistores tradicionais utilizam sulfeto de cádmio. Verifique a declaração de materiais da peça selecionada, o status da Restrição de Substâncias Perigosas (RoHS), as isenções e os requisitos do mercado de destino em vez de presumir a conformidade pelo nome do componente. A base de dados de isenções RoHS da Agência Europeia de Produtos Químicos mostra que as isenções para cádmio são específicas para cada aplicação.
Essas limitações não tornam um LDR inadequado. Elas definem as tarefas que ele desempenha bem: detecção de claro/escuro de baixo custo e controle aproximado de luz ambiente com um circuito projetado em torno de suas tolerâncias.
Perguntas Frequentes
Qual é o significado da sigla LDR?
LDR significa Resistor Dependente de Luz. Também é conhecido como fotorresistor ou célula fotocondutora.
A resistência do LDR aumenta ou diminui com a luz?
Para um LDR convencional, a resistência diminui à medida que a luz incidente aumenta e sobe conforme o nível de luz cai.
Um LDR possui polaridade?
Não. Um LDR básico de dois terminais não é polarizado, portanto, qualquer terminal pode ser conectado em qualquer direção. Sua posição em relação ao resistor fixo determina se a tensão de saída de um divisor aumenta ou diminui com a luz.
Um LDR é um componente ativo ou passivo?
Um LDR é um componente passivo. Ele altera a resistência em resposta à luz, mas não fornece ganho de potência ou uma saída digital autoalimentada.
Um LDR pode medir lux com precisão?
Um LDR pode indicar mudanças relativas na luz e pode ser calibrado em uma faixa limitada, mas geralmente não é a primeira escolha para medição precisa de lux. Sua resposta não linear, tolerância, sensibilidade espectral, dependência de temperatura e tempo de resposta devem ser considerados.
Resumo
LDR significa Resistor Dependente de Luz. O componente utiliza fotocondutividade: uma luz incidente mais adequada cria mais portadores de carga, aumentando a condutividade e diminuindo a resistência. Ele possui dois terminais não polarizados e é comumente usado em um divisor de tensão para converter mudanças de luz em uma tensão mensurável.
Para um projeto confiável, selecione um LDR a partir de sua resistência iluminada sob condições declaradas, resistência no escuro, resposta espectral, tempo de resposta, limites de tensão e potência, faixa de temperatura e documentação de conformidade de materiais. Não aplique a resistência “típica” de um modelo a todos os LDRs.