Un fotorresistor, también conocido como resistencia dependiente de luz (LDR), es un tipo de resistencia cuya resistencia varía según la intensidad de la luz que cae sobre él. En el siguiente texto, profundizaremos en los fundamentos de los fotorresistores y exploraremos sus amplias aplicaciones.
Comprender los conceptos básicos de los fotorresistores
En el corazón de un fotorresistor hay un material semiconductor. Cuando los fotones ligeros golpean este semiconductor, proporcionan energía a los electrones en el material. Esta energía permite que los electrones se liberen de sus posiciones normales y se conviertan en portadores de carga móvil. Como resultado, la conductividad del semiconductor aumenta y la resistencia del fotorresistor disminuye.
Por el contrario, en ausencia de luz o cuando la intensidad de la luz es baja, se liberan menos electrones. Esto conduce a un menor número de portadores de carga y, por lo tanto, una mayor resistencia en el fotorresistor. La relación entre la intensidad de la luz y la resistencia no es lineal. En general, en la oscuridad completa, un fotorresistor puede tener resistencia en el orden de mega - ohmios, mientras que bajo luz brillante, su resistencia puede caer a unos pocos cientos de ohmios.
La construcción de un fotorresistor generalmente implica depositar una capa delgada de material semiconductor, como el sulfuro de cadmio (CDS) o el selenuro de cadmio (CDSE), en un sustrato aislante. Luego se unen los electrodos de metal a la capa de semiconductores para permitir el flujo de corriente eléctrica. Todo el ensamblaje a menudo está encerrado en una carcasa transparente o translúcida para proteger el material semiconductor y para controlar la cantidad de luz que lo alcanza.
Principio de trabajo de fotorresistores
El principio de funcionamiento de un fotorresistor se basa en el efecto fotoconductor. Cuando los fotones con suficiente energía golpean el material semiconductor, crean pares de electrones. Estos pares de electrones y agujeros contribuyen a la conducción de la electricidad, reduciendo la resistencia general del dispositivo.
La energía de un fotón viene dada por la ecuación (e = hf), donde (h) es constante de planck ((h = 6.626 \ times10^{-34} \ space j \ cdot s)) y (f) es la frecuencia de la luz. Para que un semiconductor absorba un fotón y cree un par de agujeros de electrones, la energía del fotón debe ser mayor o igual a la energía de banda ((e_g)) del material semiconductor. Diferentes materiales semiconductores tienen diferentes energías de banda de banda, que determinan el rango de longitudes de onda de luz a las que el fotorresistor puede responder.
Aplicaciones de fotorresistores
Control de iluminación
Una de las aplicaciones más comunes de los fotorresistores es en los sistemas de control de iluminación. En las farolas, por ejemplo, se puede usar un fotorresistor para encender automáticamente las luces al anochecer y apagar al amanecer. Cuando la intensidad de la luz ambiental cae por debajo de un cierto umbral, aumenta la resistencia del fotorresistor. Este cambio en la resistencia puede ser detectado mediante un circuito de control, que luego activa la farola. Del mismo modo, en los sistemas de iluminación interior, los fotorresistores se pueden usar para ajustar el brillo de las luces en función de la cantidad de luz natural disponible, lo que ayuda a ahorrar energía.
Control de exposición de la cámara
En las cámaras más antiguas, se usaron fotorresistores para medir la intensidad de la luz de la escena que se fotografía. El sistema de control de exposición de la cámara utilizaría el valor de resistencia del fotorresistor para determinar la configuración adecuada de apertura y velocidad de obturación. A medida que aumentaba la intensidad de la luz, la resistencia del fotorresistor disminuyó y la cámara ajustaría la configuración en consecuencia para garantizar una fotografía correctamente expuesta.
Sistemas de alarma
Los fotorresistores se pueden incorporar a los sistemas de alarma para detectar la entrada no autorizada. En un sistema de alarma basado en luz simple, se coloca un fotorresistor en una ubicación donde normalmente se expone a un cierto nivel de luz. Si un intruso bloquea la fuente de luz, la resistencia del fotorresistor cambia. Este cambio puede activar una alarma, alertando al usuario sobre la posible intrusión.
Codificadores ópticos
En los codificadores ópticos, los fotorresistores se utilizan para convertir el movimiento mecánico en señales eléctricas. Un codificador óptico consiste en un disco giratorio con un patrón de áreas opacas y transparentes. Una fuente de luz brilla a través del disco sobre un fotorresistor. A medida que gira el disco, la cantidad de luz que alcanza el fotorresistor cambia, lo que hace que su resistencia varíe. Al medir estos cambios en la resistencia, se puede determinar la posición y la velocidad del objeto giratorio.
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Referencias
- Boylestad, RL y Nashelsky, L. (2018). Dispositivos electrónicos y teoría de circuitos. Pearson.
- Streetman, BG y Banerjee, S. (2006). Dispositivos electrónicos de estado sólido. Prentice Hall.
- Sedra, AS, y Smith, KC (2015). Circuitos microelectrónicos. Oxford University Press.