Foto Resistencias 13564

FOTO-RESISTENCIAS M. Buitrago, J. Bonilla, L. Molina Marzo de 2014, [email protected]. Resumen – En este documento se muestra el funcionamiento de las LDR analizando su cambio de impedancia dependiendo de la luz. Dando como objetivo principal identificar el uso práctico de las Fotoresistencias para la sociedad. Para una explicación más clara de las resistencias dependientes de luz, se implementó dos divisores de voltaje usando una resistencia variable con respecto a la luz para hacer un encendido automático, aprovechando las características de los OPAM como comparador y se tuvo como resultado una variación en el divisor de voltaje donde se emplea la LDR del 50,86% dependiendo del nivel de luz que haya presente en el ambiente, el cual determina el voltaje base para realizar la comparación del amplificador, polarizando la pastilla de forma positiva o negativa dando paso al encendido o no de los leds. Se puede concluir que gracias a la variación automática de resistividad, se pueden realizar aplicaciones dependientes de estos cambios de luz.

electrones la suficiente energía para saltar la banda de conducción. El electrón libre que resulta (y su hueco asociado) conduce electricidad, de tal modo que disminuye la resistencia.

Palabras Clave – LDR, comparador, foto-resistencia, luminosidad, oscuridad, amplificador operacional.

Imagen 1 – Esquema de una Foto-resistencia

I.

INTRODUCCION

El rango de resistencia que nos puede dar un LDR desde la total oscuridad hasta la plena luz, nos va a variar de un modelo a otro, pero en general oscilan entre unos 50Ω a 1000Ω cuando están completamente iluminadas y entre 50KΩ y varios MΩ cuando está completamente a oscuras. (Arduteka, 2011)

(Google, s.f.) También se puede decir que una resistencia dependiente de luz se comporta de la siguiente manera.

La foto-resistencia es una herramienta más para la comunidad de ingenieros electrónicos, ya que con su capacidad de variación de impedancia con respecto a la luz, puede resultar bastante útil, siendo usada en diferentes aplicaciones que puedan resultar de mucha ayuda para la sociedad, como lo es el encendido automático de luces en la oscuridad, o el llenado de un tanque, todo depende de la forma en la cual se quiera emplear la LDR.

II.

MATERIALES Y METODOS

Como bien se sabe las LDR (Light Dependent Resistor) son resistencias variables dependiendo de la luz, cuanta mayor luz incidan sobre su material semi-conductor menor será su resistencia. Un LDR está fabricado con un semiconductor de alta resistencia como puede ser el sulfuro de cio. Si la luz que incide en el dispositivo es de alta frecuencia, los fotones son absorbidos por la elasticidad del semiconductor dando a los

Imagen 2 – Grafica de respuesta de la LDR

(Slideshare, 2012)

En resumen como se ha dicho anteriormente, a mayor luz, mayor será la resistividad que presenta el componente, y a medida q halla ausencia de luz, la resistencia aumentara su valor. Para poder dar a entender de una manera más clara el funcionamiento de las foto-resistencias, se realiza un montaje sencillo para encender o apagar automáticamente unos cuantos leds, además de que se usa un amplificador operacional configurado como comparador, para determinar cuándo conduce y cuando no, a continuación se presenta un esquema del funcionamiento del circuito.

Divisor de Voltaje

Comparador OPAMP Analisis Encendido o Apagado

2.2 Comparador OPAMP Un comparador operacional es sencillo de usar, solo se debe tener en cuenta el siguiente análisis: Si 𝑉1 > 𝑉2 → 𝑉𝑜𝑢𝑡 = +𝑉𝑐𝑐 Si 𝑉1 < 𝑉2 → 𝑉𝑜𝑢𝑡 = −𝑉𝑐𝑐 Por lo tanto, como se tienen dos divisores de voltajes, en el cual uno siempre será fijo y otro es variable. Se conectan a una terminal del amplificador, respectivamente dependiendo de lo que se quiera realizar. 2.3 Análisis Encendido o Apagado Para este caso, lo que se pretende con el circuito, es que los leds enciendan cuando exista una ausencia de luz, para lo cual se conecta el primer divisor de voltaje fijo en el terminal 𝑉+ del operacional, y el divisor formado por la LDR al terminal 𝑉− del mismo. De igual manera el operacional esta polarizado con +12𝑉 y con −12𝑉, de modo que cuando: 𝑉+ > 𝑉− → 𝑉𝑜𝑢𝑡 = +𝑉𝑐𝑐 Y si 𝑉+ < 𝑉− → 𝑉𝑜𝑢𝑡 = −𝑉𝑐𝑐

Imagen 3 – Esquema del circuito implementado

2.1 Divisor de Voltaje Como el montaje del circuito esta realizado en base a una aplicación muy usada de los amplificadores operacionales, la cual es un comparador de voltajes, se realizan dos divisores de tensión, uno entre dos resistencias fijas para tener siempre un voltaje fijo, y el otro será formado por la resistencia dependiente de luz y una resistencia fija. Para este análisis se debe tener en cuenta que al variar la resistividad de la LDR, el voltaje también cambiara, de modo que si la luz incide directamente en el material conductor, este reducirá su valor, y por ende el voltaje que se forma en su divisor.

Cuando la LDR es expuesta al máximo de luz que existe en el ambiente, tendrá un valor aproximado de 300Ω, haciendo que su voltaje sea mayor que el de la entrada 𝑉− , entonces la salida del operacional será −𝑉𝑐𝑐 , lo cual implica que no conduce. Caso contrario, cuando exista una ausencia total de luz sobre la LDR, su valor aumentara en promedio a unos 20KΩ, disminuyendo el voltaje en 𝑉− y permitiendo que la salida del operacional sea +𝑉𝑐𝑐 encendiendo todos los leds. Tal y como se puede apreciar en las imágenes 5 y 6.

Imagen 5 – Máximo de luz sobre la LDR.

Imagen 4 – Divisor de Voltaje

(Wikipedia, 2014)

Señal de Entrada del OPAMP 𝑉(𝐿𝐷𝑅)𝐿𝑢𝑧 𝑉𝑅2

Porcentaje Señal 98,12 % 64,28 %

Señal de Entrada del OPAMP 𝑉(𝐿𝐷𝑅)𝑁𝑜 𝐿𝑢𝑧 𝑉𝑅2

Porcentaje Señal 47,3 % 64,28 %

Tabla 3 – Porcentaje de señal LDR con luz comparada con la resistencia del primer divisor.

Imagen 6 – Ausencia total de luz sobre la LDR.

III.

RESULTADOS

En la tabla 1 se puede apreciar la comparación de los voltajes.

Tabla 4 – Porcentaje de señal LDR sin luz comparada con la resistencia del primer divisor

Como se observa en la tabla 3, la señal de 𝑉𝑅2 es mucho menor, por lo tanto la salida del comparador serán −12𝑉 y no encenderán los leds, mientras que al reducirse la señal de la LDR como se ve en la tabla 4, la salida será 12𝑉 y todos los leds encenderán. IV.

LDR Luz No Luz

330 Ω 20 KΩ

V 11.78 V 5.68 V

•

Gracias a la variación automática de resistividad, se pueden realizar aplicaciones dependientes de estos cambios de luz generando así usos prácticos para la sociedad.

•

Las LDR se pueden utilizar en circuitos que no necesitan mucha exactitud pero si generar una respuesta con la variación lumínica.

Tabla 1 – Comparación de voltaje de la LDR con luz y sin luz

(5.68𝑉)(100%) 12𝑉 = 47,3 %

%𝑉(𝐿𝐷𝑅)𝑁𝑜 𝐿𝑢𝑧 =

Por lo tanto se puede apreciar que en ausencia total de luz el voltaje que se genera en el divisor de la LDR la señal estará al 47,3%.

(11.78𝑉)(100%) 12𝑉 = 98,16 %

%𝑉(𝐿𝐷𝑅)𝐿𝑢𝑧 =

Mientras que al tener luz directamente el voltaje se encuentra en un 98,16%.

% V(LDR) Luz 98,16 % No Luz 47,3 %

Δ% V(LDR) 50.86 %

Tabla 2 – Diferencia de porcentajes en la LDR con respecto a la luz.

Como se puede apreciar en la tabla 2, al haber una ausencia de luz en la foto-resistencia, la señal caerá a un 50,86% del total.

%𝑉𝑅2 =

(7.71𝑉)(100%) = 64,28 % 12𝑉

CONCLUSIONES

V.

REFERENCIAS

Arduteka. (29 de Noviembre de 2011). (Componentes - El sensor LDR) Obtenido de http://www.arduteka.com/2011/11/componentesel-sensor-ldr/ Google. (s.f.). Obtenido de https://docs.google.com/document/d/1Utl9O8J5nI 0nWJRBpuFdqhTik9xOmXZn_SZvDc75DoY/edit ?pli=1 Slideshare. (3 de Agosto de 2012). Obtenido de Sensores de Luz: http://www.slideshare.net/gmeneses23/sensoresde-luz-13845876 Wikipedia. (22 de Enero de 2014). (Divisor de Voltaje) Obtenido de http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Resistive _divider.png