Resistor Dependente de Luz LDR: Fotoresistor

Resistores dependentes de luz, LDRs ou fotoresistores são componentes eletrônicos usados ​​para detectar luz e alterar a operação de um circuito dependente dos níveis de luz.

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Tutorial de Resistores Inclui:

Visão geral de resistores | Composição de carbono | Filme de carbono | Filme de óxido metálico | Filme metálico | Resistor de fio enrolado | Resistor SMD | Resistor MELF | Resistores variáveis | Resistor dependente de luz | Termistor | Varistor | Códigos de cor de resistores | Marcas e códigos de resistores SMD | Especificações de resistores | Onde e como comprar resistores | Valores padrão de resistores e séries E

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Resistores dependentes de luz, LDRs ou fotoresistores são componentes eletrônicos que são freqüentemente usados ​​em projetos de circuitos eletrônicos onde é necessário detectar a presença ou o nível de luz.

Os LDRs são muito diferentes de outras formas de resistor, como resistor de filme de carbono, resistor de filme de óxido metálico, resistor de filme metálico e similares, que são amplamente usados ​​em outros projetos eletrônicos. Eles são projetados especificamente para sua sensibilidade à luz e a mudança na resistência que isso causa.

Esses componentes eletrônicos podem ser descritos por uma variedade de nomes, desde resistor dependente de luz, LDR, fotorresistor ou até fotocélula, fotocélula ou fotocondutor.

Embora outros componentes eletrônicos, como fotodiodos ou fototransistor, também possam ser usados, LDRs ou fotorresistores são particularmente convenientes para uso em muitos projetos de circuitos eletrônicos. Eles fornecem grande mudança na resistência para mudanças no nível de luz.

Tendo em vista seu baixo custo, facilidade de fabricação e facilidade de uso, os LDRs têm sido usados ​​em uma variedade de aplicações diferentes. Antigamente, os LDRs eram usados ​​em medidores de luz fotográficos e, mesmo agora, ainda são usados ​​em uma variedade de aplicações em que é necessário detectar níveis de luz.

Os resistores dependentes de luz estão amplamente disponíveis: – eles são normalmente estocados por distribuidores de componentes eletrônicos e, em vista da maneira como a cadeia de suprimentos da indústria eletrônica opera atualmente, essa é a maneira normal de obtê-los. Distribuidores de componentes eletrônicos grandes e pequenos geralmente têm uma boa seleção.

O que é resistor dependente de luz, LDR ou fotoresistor

Um fotoresistor ou resistor dependente de luz é um componente eletrônico sensível à luz. Quando a luz incide sobre ele, a resistência muda. Os valores da resistência do LDR podem mudar em muitas ordens de grandeza, o valor da resistência caindo à medida que o nível de luz aumenta.

Não é incomum que os valores de resistência de um LDR ou fotorresistor sejam vários megohms no escuro e depois caiam para algumas centenas de ohms sob luz forte.

Com uma variação tão ampla de resistência, os LDRs são fáceis de usar e existem muitos circuitos LDR disponíveis. A sensibilidade de resistores dependentes de luz ou fotoresistores também varia com o comprimento de onda da luz incidente.

Os LDRs são feitos de materiais semicondutores para permitir que tenham suas propriedades sensíveis à luz. Muitos materiais podem ser usados, mas um material popular para esses fotoresistores é o sulfeto de cádmio, CdS, embora o uso dessas células seja agora restrito na Europa devido a questões ambientais com o uso de cádmio.

Da mesma forma, outros materiais semicondutores à base de cádmio, como cádmio CdSe, também são restritos. Outros materiais que podem ser usados ​​incluem sulfeto de chumbo, PbS e antimoneto de índio, InSb.

Embora um material semicondutor seja usado para esses fotorresistores, eles são dispositivos puramente passivos porque não possuem uma junção PN, e isso os separa de outros fotodetectores como fotodiodos e fototransistores.

LDR / símbolo fotoresistor

O símbolo LDR usado em circuitos eletrônicos é baseado no símbolo do circuito resistor, mas mostra a luz, na forma de setas brilhando sobre ele. Dessa forma, segue a mesma convenção usada para símbolos de circuitos de fotodiodo e fototransistor, onde as setas são usadas para mostrar a luz que incide sobre esses componentes.

Os símbolos do circuito fotoresistor/resistor dependente de luz são mostrados tanto para o símbolo de resistor de estilo mais recente, ou seja, uma caixa retangular quanto para os símbolos de circuito de resistor de linha em zigue-zague mais antigos.

Freqüentemente, o símbolo do resistor dependente de luz pode ser mostrado sem o círculo ao seu redor. Isso geralmente é feito no esquema do circuito eletrônico para economizar espaço e reduzir o número de linhas e círculos no diagrama para reduzir complicações.

Como funciona um LDR

É relativamente fácil entender o básico de como um LDR funciona sem se aprofundar em explicações complicadas. Primeiro é necessário entender que uma corrente elétrica consiste no movimento de elétrons dentro de um material.

Bons condutores têm um grande número de elétrons livres que podem derivar em uma determinada direção sob a ação de uma diferença de potencial. Isoladores com alta resistência têm muito poucos elétrons livres e, portanto, é difícil fazer com que eles se movam e, portanto, uma corrente flua.

Um LDR ou fotorresistor é feito de qualquer material semicondutor com alta resistência. Tem uma alta resistência porque há muito poucos elétrons livres e capazes de se mover – a grande maioria dos elétrons está presa na rede cristalina e incapaz de se mover. Portanto, neste estado, há uma alta resistência LDR.

À medida que a luz incide sobre o semicondutor, os fótons de luz são absorvidos pela rede do semicondutor e parte de sua energia é transferida para os elétrons.

A quantidade de energia transferida para os elétrons dá a alguns deles energia suficiente para se libertar da rede cristalina, de modo que possam conduzir eletricidade. Isso resulta em uma redução da resistência do semicondutor e, portanto, da resistência LDR geral.

O processo é progressivo e, à medida que mais luz brilha no semicondutor LDR, mais elétrons são liberados para conduzir eletricidade e a resistência cai ainda mais.

Fotorresistor / estrutura LDR

Estruturalmente, o fotorresistor é um resistor sensível à luz que possui um corpo horizontal exposto à luz.

O formato básico de um fotoresistor é o mostrado abaixo:

A região semicondutora ativa é normalmente depositada em um substrato semi-isolante e a região ativa é normalmente levemente dopada.

Em muitos dispositivos fotoresistores discretos, um padrão interdigital é usado para aumentar a área do fotorresistor que é exposta à luz. O padrão é cortado na metalização na superfície da área ativa e isso deixa a luz passar. As duas áreas metalizadas atuam como os dois contatos para o resistor. Esta área deve ser relativamente grande porque a resistência do contato com a área ativa precisa ser minimizada.

Este tipo de estrutura é amplamente utilizado para muitos fotoresistores pequenos ou resistores dependentes de luz que são vistos. O padrão interdigital é bastante reconhecível.

Os materiais usados ​​para fotoresistores são semicondutores e incluem materiais como CdSe, CdS, CdTe, InSb, InP, PbS, PbSe, Ge, Is, GaAs. Cada material dá propriedades diferentes em termos de comprimento de onda de sensibilidade, etc.

Tendo em vista as preocupações ambientais do uso de cádmio, este material não é usado para nenhum produto na Europa, e o uso global desse tipo de semicondutor diminuiu significativamente.

Tipos de fotoresistor

Resistores dependentes de luz, LDRs ou fotoresistores se enquadram em um dos dois tipos ou categorias:

• Fotoresistores intrínsecos:   Os fotoresistores intrínsecos usam materiais semicondutores não dopados, incluindo silício ou germânio. Os fótons que caem no LDR excitam os elétrons movendo-os da banda de valência para a banda de condução.Como resultado, esses elétrons são livres para conduzir eletricidade. Quanto mais luz incide sobre o aparelho, mais elétrons são liberados e maior é o nível de condutividade, o que resulta em um menor nível de resistência.
• Fotorresistores extrínsecos:   Os fotorresistores extrínsecos são fabricados a partir de materiais semicondutores dopados com impurezas. Essas impurezas ou dopantes criam uma nova banda de energia acima da banda de valência existente.Como resultado, os elétrons precisam de menos energia para serem transferidos para a banda de condução devido ao menor gap de energia.

Independentemente do tipo de resistor dependente de luz ou fotoresistor, ambos os tipos exibem um aumento na condutividade ou queda na resistência com níveis crescentes de luz incidente.

Dependência de frequência LDR

A sensibilidade dos fotoresistores varia de acordo com o comprimento de onda da luz que está impactando a área sensível do dispositivo. O efeito é muito marcante e descobriu-se que, se o comprimento de onda estiver fora de um determinado intervalo, não haverá efeito perceptível.

Dispositivos feitos de materiais diferentes respondem de maneira diferente à luz de diferentes comprimentos de onda, e isso significa que os diferentes componentes eletrônicos podem ser usados ​​para diferentes aplicações.

Verificou-se também que os fotoresistores extrínsecos tendem a ser mais sensíveis à luz de comprimento de onda mais longo e podem ser usados ​​para infravermelho. No entanto, ao trabalhar com infravermelho, deve-se tomar cuidado para evitar o acúmulo de calor causado pelo efeito estimulante da radiação.

Fotorresistor / latência do resistor dependente de luz

Um aspecto importante associado aos fotoresistores ou resistores dependentes de luz é a latência, ou seja, o tempo que o componente eletrônico leva para responder a qualquer alteração. Este aspecto pode ser particularmente importante para um projeto de circuito.

Demora um tempo considerável a partir de qualquer alteração no nível de luz antes que o LDR/fotorresistor atinja seu valor final para o novo nível de luz e, por esse motivo, o LDR/fotorresistor não é uma boa escolha onde há valores de mudança razoavelmente rápidos de luz. No entanto, quando as mudanças de luz ocorrem durante um período de tempo, elas são mais do que adequadas.

A taxa na qual a resistência muda é chamada de taxa de recuperação da resistência. O LDR/fotoresistor normalmente responde dentro de algumas dezenas de milissegundos quando a luz é aplicada após a escuridão total, mas quando a luz é removida pode levar até um segundo ou mais para a resistência atingir seu nível final.

É por isso que uma das especificações normalmente citadas nas fichas técnicas de componentes eletrônicos para fotorresistores é a resistência ao escuro após um determinado tempo, normalmente em segundos. Freqüentemente, dois valores são citados, um para um segundo e outro para cinco segundos. Estes fornecem uma indicação da latência do resistor.

Aplicações do fotoresistor

Os fotoresistores são encontrados em muitas aplicações diferentes e podem ser vistos em muitos projetos de circuitos eletrônicos diferentes. Possuem uma estrutura muito simples e são dispositivos robustos e de baixo custo.

Eles são amplamente utilizados em muitos itens diferentes de equipamentos eletrônicos e projetos de circuitos, incluindo medidores de luz fotográficos, alarmes de incêndio ou fumaça, bem como alarmes contra roubo, e também são usados ​​como controles de iluminação para lâmpadas de rua.

Os fotoresistores extrínsecos fornecem sensibilidade para comprimentos de onda mais longos e, como resultado, são populares em vários projetos de circuitos eletrônicos como fotodetectores infravermelhos. Fotoresistores também podem ser usados ​​para detectar radiação nuclear.

Circuitos LDR

Existem muitos circuitos que são usados ​​para resistores dependentes de luz. Esses circuitos LDR podem ser baseados em transistores bipolares, amplificadores operacionais FETs, etc.

No entanto, a base da maioria dos circuitos LDR é um divisor de potencial, que pode ser usado com vários outros circuitos para processar a tensão conforme necessário.

Um divisor de potencial básico consiste em dois resistores em série, onde uma extremidade é normalmente conectada a um potencial fixo e a outra ao terra.

É bastante simples calcular a tensão de saída usando a fórmula abaixo.

Nota: Isso pressupõe que o circuito divisor de potencial não tenha uma carga na saída que afete materialmente a tensão. Normalmente, uma carga de alta impedância significa que o circuito funcionará como esperado, caso contrário, a carga e R ₂ devem ser calculados em paralelo para formar a resistência geral do ramo inferior do divisor de potencial.

Pode-se ver que se o resistor dependente da luz for, por exemplo, R ₂ , então conforme ele varia, a tensão de saída do divisor de potencial irá variar.

Essa tensão de saída pode então ser conectada a um transistor, FET, amplificador operacional ou outro circuito adequado. Ele pode ser usado para amplificar a diferença ou pode ser usado em um dos muitos outros circuitos de várias maneiras.

Por exemplo, se um LDR varia entre, digamos 50kΩ para a condição de pouca luz e 2kΩ quando iluminado e o divisor de potencial é alimentado com 10 V e o resistor R1 é 10kΩ então a tensão de saída, assumindo nenhuma carga, irá variar entre 8,33 volts para a condição de pouca luz e 0,166 volts para a condição de luz total.

Essa tensão pode ser facilmente alimentada em um comparador ou outro circuito adequado e, em seguida, usada para conduzir uma linha lógica que pode ser usada para processamento de alguma maneira.

Especificações do resistor dependente de luz

Existem várias especificações que são importantes para resistores dependentes de luz, LDRs/fotoresistores ao considerar seu uso em qualquer projeto de circuito eletrônico.

Essas especificações do fotoresistor incluem:

PRINCIPAIS ESPECIFICAÇÕES DO LDR/FOTORESISTOR
PARÂMETRO	DETALHES
Máxima dissipação de energia	Esta é a potência máxima que o dispositivo é capaz de dissipar dentro de uma determinada faixa de temperatura. A redução pode ser aplicável acima de uma determinada temperatura.
Tensão operacional máxima	Particularmente como o dispositivo é baseado em semicondutores, a tensão operacional máxima deve ser observada. Normalmente, isso é especificado em 0 lux, ou seja, escuridão.
Comprimento de onda de pico	Esta especificação do fotorresistor detalha o comprimento de onda da sensibilidade máxima. Curvas podem ser fornecidas para a resposta geral em alguns casos. O comprimento de onda é especificado em nm
Resistência quando iluminado	A resistência sob iluminação é uma especificação chave é um parâmetro chave para qualquer fotoresistor. Freqüentemente, uma resistência mínima e máxima é fornecida sob certas condições de luz, geralmente 10 lux. Um valor mínimo e máximo pode ser dado por causa dos spreads que provavelmente serão encontrados. Uma condição ‘totalmente ligada’ também pode ser fornecida sob iluminação extrema, por exemplo, 100lux.
Resistência escura	Os valores de resistência escura serão fornecidos para o fotoresistor. Estes podem ser especificados após um determinado tempo, porque leva um tempo para a resistência cair à medida que o portador de carga se recombina – os fotorresistores são conhecidos por seus tempos de resposta lentos.

Um típico resistor dependente de luz, especificação LDR/fotoresistor pode ser:

EXEMPLO DE ESPECIFICAÇÕES DO FOTORESISTOR
PARÂMETRO	FIGURAS DE EXEMPLO
Máxima dissipação de energia	200mW
Tensão máxima @ 0 lux	200V
Comprimento de onda de pico	600nm
mín. resistência @ 10lux	1,8 kΩ
máx. resistência @ 10lux	4,5kΩ
Tipo. resistência @ 100lux	0,7kΩ
Resistência escura após 1 segundo	0,03MΩ
Resistência escura após 5 seg	0,25MΩ

LDRs são componentes eletrônicos muito úteis que podem ser usados ​​para uma variedade de aplicações de detecção de luz e seus projetos de circuitos eletrônicos associados. Como a resistência LDR varia em uma faixa tão ampla, eles são particularmente úteis e existem muitos projetos de circuitos LDR disponíveis.

Os resistores dependentes de luz são amplamente utilizados e, embora seu desempenho seja bastante lento, eles fornecem um meio de baixo custo, mas eficaz, de detectar a luz e os níveis gerais de luz.

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