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Fotoceldas, fotorresistencias o LDR


Hola, qué tal amigos? Hoy vamos a hablar sobre las fotoceldas fotorresistencias resistores dependientes de la luz o LDR (Light-Dependent Resistor).
Estos dispositivos son muy económicos y al final del vídeo veremos qué están en todas partes. Se pueden encontrar en diferentes tamaños y rango de resistencia.
Las fotoceldas están compuestas por un aislador cerámico en cuya superficie se encuentra una fina capa de sulfuro de cadmio que es el responsable de la reacción a la luz, con dos electrodos encima separados entre sí dejando una brecha donde el material se expone a los fotones. Todo esto va encapsulado en resina epóxica transparente y tiene 2 alambres conectados a los electrodos.

El cadmio es un metal tóxico y aunque esta en pequeñas cantidades en las fotoceldas hay regulaciones como en la unión europea en donde se restringe el usos de metales peligrosos en dispositivos electrónicos lo q ha llevado al desarrollo de otras alternativas de sensores de luminosidad libres de cadmio. Sin embargo hay muchísimas fotoceldas instaladas dentro de sistemas de lamparas automáticas para caminos, avisos luminosos, sistemas automáticos de iluminación domestica  etc. No hay de que preocuparnos pues el encapsulado de resina la hacen un dispositivo seguro.

Este elemento varía su resistencia en función de la luminosidad a la qué es expuesta dentro del rango de la luz visible. En promedio su pico de sensibilidad es para una longitud de onda de 550nm aunque hay otras versiones especiales que pueden cubrir parte del infrarrojo o ultravioleta y esto se logra cambiando el material semiconductor.

Este efecto fue documentado en 1873 por Willoughby Smith quién lo descubrió mientras trabajaba desarrollando un método para probar cable submarino. Para ello utilizaba unas varillas de selenio, material semiconductor de alto valor resistivo. Durante las pruebas tuvo inconsistencias en sus mediciones y se dio cuenta qué la resistividad del selenio se reducía al exponer las varillas a una luz fuerte.

Vemos que la fotocelda no produce voltaje a pesar de estar expuesta a la luz de la cámara  debido a que solo tiene un tipo de semiconductor y por tanto es un elemento pasivo.

Probando mi fotocelda en exteriores vemos la variación al intentar tapar la parte superior del elemento y luego exponiendo la a la luz natural. 
Puede pasar del 1600 ohm cubierto a los 240  ohm cuando se expone a la luz por tanto podemos decir que tiene un coeficiente de correlación negativo entre el nivel de iluminación y su resistencia eléctrica.

Intentando caracterizarla pues no tiene ninguna marca busqué varias hojas de datos para guiarme y no quiere decir que esta sea la información correcta. Solo es una aproximación y para aplicaciones sencillas como el encendido de una lámpara por ausencia de luz es mas mas que suficiente. Normalmente estas fotoceldas tienen un rango muy amplio de funcionamiento y su resistencia o salida puede ir desde unos pocos ohmnios en presencia de luz natural hasta el rango de los megaohmnios en ausencia de ella.

Para hallar la resistencia a una "oscuridad " usé una caja negra plástica gruesa y un medidor de resistencia con un rango mas alto que el de mi multímetro pues solo llegaba a los 2megaohm máximo. 

Vemos durante mi experimento cómo sin la caja marca 1.7kohm y al poner la caja obtenemos más de 20megaohmnios, los fabricantes por lo general ofrecen diferentes diámetros y en este caso tengo una fotocelda de 5mm con estos dos datos podría ubicarme dentro de alguna de las tablas de características pero si quisiera saber con certeza cual de todos los modelos es, necesitaría un luxómetro y una fuente de luz calibrada para calcular su valor gamma. 

Sabiendo que el diámetro es 5mm y la resistencia en oscuridad es de 20Mohm nos da una pista de cuál es su modelo que está entre los 2 últimos valores de la tabla. No podemos usarlo como sensor de precisión pues caracterizarlo requiere de equipo especial. Para esto se han desarrollado sensores mas complejos a partir de uniones de materiales semiconductores tipo N y P. Las fotoceldas de sulfuro de cadmio son muy simples y han estado presentes durante mucho tiempo en el mercado, aquí les dejo una imagen de una muy antigua en un tubo de vacío:
La representación en los diagramas esquemáticos puede ser la siguiente:


En esta sección les dejo las hojas de datos de diferentes fabricantes de fotoceldas o LDR que encontré similares a la que analicé en el video:

 
Les comparto el proyecto de la lampara recargable solar con encendido automático:



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