Tudo sobre LDR (Resistor Dependente da Luz)

Um LDR (Resistor Dependente da Luz) é um tipo especial de resistor que apresenta uma mudança em sua característica de resistência elétrica quando submetido à ação da luz

Hoje estudaremos um componente muito utilizado ao nosso redor, mesmo que não percebamos; trata-se do simples e eficaz LDR (do inglês “light dependent resistor“), ou resistor dependente de  luz.

Também chamados de fotorresistores, apresentam um valor de resistência elevada em um ambiente escuro, e quando expostos à luz, têm a condutividade aumentada. Ou seja, oferecem baixa resistência elétrica quando iluminados.

Este sensor é composto por uma área exposta à luz feita de material semicondutor que varia sua resistência elétrica conforme o nível de incidência de raios luminosos; isto porque todo material semicondutor  é sensível á radiação de alguma forma (luminosa ou não, visível ou não).A resistência elétrica do LDR sob luz intensa (10 Lux) pode variar entre 1.000 ohms e 10.000 ohms, e sem presença de luz é sempre maior que 200.000 ohms, segundo datasheets fornecidos na página oficial do Arduino e também da Sparkfun.

Construção do LDR e suas aplicações

Os LDRs são fabricados com materiais de alta resistência, como por exemplo o Sulfeto de Cádmio (CdS) ou o Sulfeto de Chumbo (PbS). Esses materiais possuem poucos elétrons livres quando colocados em ambiente escuro, e liberam elétrons quando há incidência de luz sobre eles, aumentando sua condutividade. Chamamos a esse efeito de Fotocondutividade.

Quando cessa a incidência de luz sobre o componente, os elétrons retornam à camada de valência e a resistência do material volta a aumentar.

No geral, os LDRs possuem resistências entre 1 MΩ e 10 MΩ no quando em ambiente escuro, e resistências que podem chegar a menos de 100 Ω quando iluminados.

Alguns LDRs são projetados para responder em luz infravermelha (como os de Sulfto de Chumbo – PbS) ou ainda em luz ultravioleta.

Com o LDR pode-se fazer o controle automático de porta, alarme contra ladrão, controle de iluminação em um recinto, contagem industrial, todos estes foto-controlados para a operação de um relé.

fotocélula, comumente usado na iluminação pública.

Por ter sua maior sensibilidade na faixa da luz visível verde-amarela, o LDR é um componente muito utilizado  para detectar o amanhecer e o anoitecer, nos conhecidos interruptores crepusculares ou fotocélulas (imagem abaixo). Este tipo de componente é muito utilizado em iluminação pública e também privada (garagens e áreas comuns) em todo o mundo.

 

Tipos de fotocondutores

Há dois tipos de fotocondutores:

  • Intrínseco: utiliza um material fotocondutivo que envolve a excitação de portadores de carga da banda de valência para a banda de condução;
  • Extrínseco: utiliza um material que envolve a excitação de portadores de carga entre uma impureza e a banda de valência e de condução. São mais empregados para operação no espectro do infravermelho.

Abaixo vemos os símbolos mais usuais para um LDR (o da esquerda é mais usual):

LDR - Light Dependent Resistor
Simbologia mais usada no LDR

 

E a foto abaixo mostra um LDR típico:

Imagem relacionada
LDR do inglês “light dependent resistor“

Curva característica de resistência de um LDR

O gráfico a seguir mostra a curva característica de resistência de um LDR em relação à quantidade de luz incidente sobre ele, medida em Lux:

Gráfico de iluminância versus resistência em LDR

Note que a resistência decai conforme a quantidade de luz incidente sobre o LDR aumenta. A quantidade de luz é medida em Lux, que mede o fluxo luminoso por unidade de área (iluminância); equivale a um lúmen por metro quadrado. A tabela a seguir mostra alguns valores típicos de iluminância em Lux para diversas fontes luminosas comuns:

Fonte de Luz Iluminância em Lux
Lua cheia 0,27 a 1,0
Lâmpada incandescente de 60 W a 1 m 50
Lâmpada fluorescente 500
Luz do Sol direta 32000 – 100.000
Pôr-do-sol 400

Espectro de luz

O efeito de diminuição da resistência também depende do comprimento de onda da radiação que atinge o LDR. Na figura a seguir podemos ver um gráfico de resposta espectral de um LDR típico.

LDR - Resposta espectral de Luz

Você pode notar no gráfico que a resposta relativa do LDR considerado é muito maior entre cerca de 530 nm e 580 nm – ou seja, ele responde muito melhor à variação de luminosidade nessa faixa de comprimento de onda.

Tempo de Recuperação

A resistência do LDR não varia instantaneamente quando suas condições luminosas variam. Existe uma latência (tempo) que decorre até que a resistência atinja um valor estável.

Expressamos esse tempo de recuperação em KΩ/s, sendo um valor típico cerca de 200KΩ/s na passagem de um ambiente claro para um escuro, e muito mais rápido no sentido inverso – em torno de apenas 10 ms na transição do escuro para o iluminado. Esse é um fator importante que deve ser levado em consideração ao criar projetos que utilizem LDRs para, por exemplo, acionar dispositivos de acordo com o nível de iluminação ambiente.

Aplicações de LDRs

Falando em projetos que utilizam LDRs, listamos abaixo as principais aplicações desses componentes eletrônicos:

  • Acionamento de relés
  • Sistemas de iluminação noturna
  • Controle remoto de dispositivos
  • Luz intermitente
  • Controle de flashes
  • Compressores de áudio

Exemplo de uso de LDR

O circuito abaixo é um exemplo clássico de aplicação de um LDR: um LED acionado pela ausência de luz:

LDR - Circuito acionador de LED

Ao bloquear a incidência de luz sobre o LDR1, o transístor Q1 é polarizado e permite a passagem de corrente entre coletor e emissor, ativando o LED1.

Vamos a pratica

Para conhecer um pouco mais sobre este componente, propomos um teste rápido utilizando apenas um LDR, um resistor (de 1.000 ohms) e um Arduino (ou qualquer outro microcontrolador com entrada analógica). O diagrama esquemático do teste pode ser visto abaixo, com a seguinte conexão:
– 5V do Arduino – pino do LDR (fio vermelho)
– GND do Arduino – pino do resistor (fio preto)
– A0 do Arduino – entre os outros pinos do LDR e do resistor (fio amarelo)
   O código (sketch) para teste do LDR é baseado (porém com algumas modificações) no exemplo “AnaloginOutSerial.ino” que vem na IDE do Arduino, em “Arquivo > Exemplos > Analog”. Adaptamos este código para mostrar a tensão elétrica (em volts) que fica sobre o resitor que está em série com o LDR: A tensão sobre o resistor aumenta com o aumento do nível de luminosidade, e diminui com a diminuição do nível de luminosidade.
 const int analogInPin = A0; // Analog input pin that the potentiometer is attached to  
 float sensorValue = 0.000;    // value read from the pot  
   
 void setup() {  
  // initialize serial communications at 9600 bps:  
  Serial.begin(9600);   
 }  
   
 void loop() {  
  // read the analog in value:  
  sensorValue = analogRead(analogInPin)*0.0048875;   
   
  // print the results to the serial monitor:  
  Serial.print("Tensao = " );              
  Serial.println(sensorValue,2);   
   
  delay(1000);             
 }  
   Após colar o código acima na IDE do Arduino, clique no botão “Upload” para mandar o código para a placa. Ao final da gravação abra o monitor serial do Arduino, e observe uma janela similar á imagem abaixo.
   O Arduino está lendo a tensão analógica sobre o conjunto LDR-resistor e mostrando no monitor serial. Nos nossos teste de laboratório obtivemos os seguintes valores:
Tensão = 0,07V – LDR tampada com fita preta (totalmente escuro)
Tensão = 2,82V – Dentro de casa com iluminação natural (janela)
Tensão = 3,53V – Luminária de LED 500 lúmen (diretamente sobre o LDR)
Tensão = 3,82V – Ao ar livre, em dia nublado.
   Observando os valores de tensão acima é possível concluir que o LDR é capaz de detectar muito bem variações grandes de nível de luz, justificando sua utilização em fotocélulas (interruptor crepuscular) ou outras aplicações onde deve-se sensoriar variações bruscas de luz visível (como um robô seguidor de linha por exemplo).

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