LDR como sensor de Luz

Um sensor de luz gera um sinal de saída que indica a intensidade de luz através da medição da energia radiante que existe em uma gama muito estreita de frequências basicamente chamado "luz", e que varia em frequência a partir de "Infravermelho" passando pela "luz visível" até " Ultravioletas ". O sensor de luz é um dispositivo passivo que converte esta "energia luminosa" visível ou na gama dos infra-vermelhos para uma saída de sinal elétrico. Sensores de luz são mais normalmente conhecidos como "dispositivos fotoelétricos", "foto sensores" ou células “foto elétricas”, porque a energia da luz (fotões) convertem em eletricidade (eletrões).

Dispositivos fotoelétricos podem ser agrupadas em duas categorias principais, os que geram eletricidade quando iluminados, como as células fotovoltaicas e aqueles que alteram as suas propriedades elétricas, de alguma forma, como foto-resistores ou foto-condutores . Isto conduz à seguinte classificação de dispositivos.

• Células Emissores:São fotossensíveis que libertam eletrões livres de um material sensível à luz, como césio quando atingido por um fotão de energia suficiente. A quantidade de energia que os fotões têm depende da frequência da luz e quanto maior a frequência, mais energia que os fotões convertem em energia elétrica.
• Células Foto-condutoras: Estes dispositivos fotossensíveis variam sua resistência elétrica quando submetidos à luz. Resultam da fotocondutividade da luz que atinge um material semicondutor, que controla o fluxo de corrente que o percorre. Assim, quanto mais luz mais a corrente para uma dada tensão aplicada. O material fotocondutor mais comum é sulfureto de cádmio usado em fotocélulas LDR.
• Células Fotovoltaicas: Estes dispositivos fotossensíveis geram uma tensão na proporção da energia da luz radiante recebida similar ao efeito da fotocondutividade. A energia da luz cai sobre a dois materiais semicondutores juntos criando uma tensão de aproximadamente 0.5V. O material mais comum utilizado é o selênio em células solares.
• Dispositivos Foto-junção; Estes são os dispositivos fotossensíveis semicondutores verdadeiros, como o fotodiodo ou fototransistor que utilizam a luz para controlar o fluxo de elétrões e lacunas em toda a junção PN.

A célula fotocondutora

Um fotocondutor sensor de luz não produz eletricidade, mas simplesmente muda suas propriedades físicas quando submetido a energia da luz. O tipo mais comum de dispositivo fotocondutora é o fotoresistor que altera a sua resistência eléctrica em resposta a mudanças na intensidade da luz.

Fotoresistores são semicondutores dispositivos que utilizam a energia da luz para controlar o fluxo dos eletrões e, consequentemente, a corrente que flui através deles. O mais usado é a foto-resistência ou foto-resistor, LDR .

LDR

Como o próprio nome indica, o resistor dependente da luz (LDR) é feito a partir de um pedaço de material semicondutor exposto, como o sulfureto de cádmio que muda sua resistência elétrica de vários milhares Ohms no escuro para apenas algumas centenas de Ohms quando exposto à luz, criando pares eletrões-lacunas no material quando exposto.

O efeito direto é uma melhoria da sua condutividade com uma diminuição da resistência para um aumento na iluminação. Além disso, as células fotoresistivas têm um tempo de resposta longo o que requer muitos segundos para responder a uma mudança na intensidade da luz. Os materiais utilizados como substrato semicondutor incluem, sulfureto de chumbo (PbS), seleneto de chumbo (PbSe), índio antimonide (InSb) que detetam a luz na gama de infra-vermelho. O mais usado é o sulfureto de cádmio ( Cd ) .
Sulfureto de cádmio é utilizado no fabrico de células fotocondutoras porque a sua curva de resposta espectral se aproxima da do olho humano e podem mesmo ser controlado usando uma fonte de luz fraca (vela, tocha). Tipicamente, atua, com um comprimento de onda de pico de sensibilidade ( λp ) de cerca de 560 nm a 600 nm na gama espectral visível.

LDR como divisor de tensão

O sensor de luz fotoresistivo mais utilizado é o ORP12. Este LDR tem uma resposta espectral de cerca de 610nm no quando exposto a luz no espectro amarelo/laranja. A resistência da célula quando não iluminada(sem luz) é muito elevada, aproximadamente 10MΩ que cai para cerca de 100Ω quando iluminada(com luz).

Para aumentar a resistência na ausência de luz e reduzir a corrente de obscuridade, o formato da resistência tem um padrão em ziguezague ao longo do substrato de cerâmica. É um componente de custo muito baixo, muitas vezes utilizado em "auto dimming" (auto ajuste da iluminação), na deteção de ausência ou diminuição de luz (escuridão ou penumbra) para acender as luzes de rua "ON" e "OFF" e para aplicações que medem a exposição fotográfica.

Divisão de Tensão em função da intensidade de luz

Ligar um LDR em série com um resistor padrão com uma única tensão de alimentação DC tem uma grande vantagem, a tensão na saída sofre variação em função do nível de luz a que está exposto.
O valor da queda de tensão através de resistência em série, R1 é determinada pelo valor da resistência do LDR, R_ldr. A capacidade de gerar tensões diferentes produz um circuito que se denomina "divisor de tensão". A corrente através de um circuito em série é igual, como o LDR altera o valor de sua resistência em função da intensidade da luz, a tensão presente em V_s é determinada pela fórmula de divisão de tensão entre resistências. O valor da resistência do LDR, Rldr pode variar de 100Ω à luz do sol até 10MΩ na escuridão absoluta, é esta variação de resistência que produz a variação de tensão na saída Vs.

• Ve: Tensão de Entrada
• Vs: Tensão de Saída
• Rldr: Resistência ohmica do LDR que varia em função da luz recebida
• R1: resistência fixa (em alguns casos, para um melhor ajuste, podemos usar um potenciómetro)

Esta variação de tensão pode posteriormente ser usada para controlo de dispositivos ou medição da intensidade luminosa. Uma das formas mais simples é a ligação a um transístor que nos permitirá controlar o que for necessário.

Atuar um relé

Este circuito básico é sensor de luz que ativa uma saída de um relé. Um circuito divisor de tensão entre o fotoresistor e R1 que, quando sem luz, a resistência do LDR é muito alta na ordem dos megaohms (Mohms) não polarizando o transístor mantendo o relé desativado. Por outro lado, se o LDR receber luz, a sua resistência diminui, polarizando a base do transístor atuando o relé.

O nível de luz é dado pela tensão da divisão.