Brevemente podriamos definir una fotorresistencia como un transistor bipolar capaz de detectar variaciones de luz

1. Brevemente podriamos definir una fotorresistencia como un transistor bipolar
capaz de detectar variaciones de luz.Sin embargo este dispositivo encierra una
mayor complejidad y merece un mayor reconocimiento debido a la gran
importancia práctica que ha adquirido en la segunda parte del siglo XX y en los
inicios del nuevomilenio, ya que son múltiples los usos que se realizan con
este sensor lumínico: desde camaras de video, alarmas de seguridad hasta sistemas
de encendido y apagado del alumbrado de calles.
La fotorresistencia surgio como resultado de varios descubrimientos entre los que
cabe destacar la invención de la resistencia por parte de George Ohm en 1827,
posteriormente fueron investigadas las teorias de Albert Einstein sobre el efecto
fotoeléctrico, el cual tuvo como base las teorias anteriormente expuestas por Max
Planck, ambos son considerados los padres de la teoría cuantica.Por último
Willoughby Smith descubridor de la fotoconductividad lo que fue clave para que
años despues, mitad del siglo XX, se crearan y patentaran las primeras
fotorresistencias en EEUU.
La fotorresistencia, tambien llamada LDR debido a que en terminología inglesa su
nombre es Light-Dependet resistor , pertenece al grupo de los llamados sensores
fotoeléctricos, es decir aquellos que responden al cambio en la intensidad de la luz,
algunos de ellos ( no es el caso de la fotorresistencia) llevan incorporados una
fuente luminosa, generelamente la mayoría de los sensores fotoeléctricos
utilizan LEDs como fuentes de luz.
Realmente una fotorresistencia( o también llamado fotorresistor, fotoconductor,
célula fotoeléctrica) es una resistencia cualquiera que cambia su valor
dependiendo de la cantidad de luz que lo ilumina, en especial, disminuye cuando
aumenta la intensidad de la luz incidente, el valor de resistencia eléctrica de un
LDR es bajo cuando hay luz incidiendo en él (puede variar entre 1K :1000 Ohms
hasta 50 Ohms) y bastante alto cuando está en penumbra (aproxidamadamente
50K : 50,000 Ohms).
Como se puede apreciar en la imagen adjunta, la fotorresistencia consta de un
cuerpo compuesto por una célula o celda y dos patillas.El cuerpo del mismo esta
compuesto por sulfuro de cadmio un material semiconductor, el cual hace variar el
valor de la resistencia dependiendo de la luz incidida en el mismo, esta luz si es de
alta frecuencia(incluida las frecuencias infrarrojas , ultravioletas y
otras frecuencias que puedan encontrarse en el espectroelectromagnético) los
fotones son absorbidos por la elasticidad del sulfato de cadmio lo que favorece que
surga un electrón libre que pueda conducir la electricidad disminuyendo asi su
resistencia.

2. Fotorresistencia
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LDR
Una fotorresistencia es un componente electrónico cuya resistencia disminuye con el
aumento de intensidad de luz incidente. Puede también ser llamado fotorresistor,
fotoconductor, célula fotoeléctrica o resistor dependiente de la luz, cuya siglas, LDR, se
originan de su nombre en inglés light-dependent resistor. Su cuerpo está formado por una
célula o celda y dos patillas. En la siguiente imagen se muestra su símbolo eléctrico.

3. El valor de resistencia eléctrica de un LDR es bajo cuando hay luz incidiendo en él (puede
descender hasta 50 ohms) y muy alto cuando está a oscuras (varios megaohmios).
Características
Su funcionamiento se basa en el efecto fotoeléctrico. Un fotorresistor está hecho de un
semiconductor de alta resistencia como el sulfuro de cadmio, CdS. Si la luz que incide en el
dispositivo es de alta frecuencia, los fotones son absorbidos por las elasticidades del
semiconductor dando a los electrones la suficiente energía para saltar la banda de
conducción. El electrón libre que resulta, y su hueco asociado, conducen la electricidad, de
tal modo que disminuye la resistencia. Los valores típicos varían entre 1 MΩ, o más, en la
oscuridad y 100 Ω con luz brillante.
Las células de sulfuro del cadmio se basan en la capacidad del cadmio de variar su
resistencia según la cantidad de luz que incide en la célula. Cuanto más luz incide, más baja
es la resistencia. Las células son también capaces de reaccionar a una amplia gama de
frecuencias, incluyendo infrarrojo (IR), luz visible, y ultravioleta (UV).
Fotocelda o fotorresistencia, cambia su valor resistivo (Ohms) conforme a la intensidad de
luz. Mayor luz, menor resistencia y viceversa..
La variación del valor de la resistencia tiene cierto retardo, diferente si se pasa de oscuro a
iluminado o de iluminado a oscuro. Esto limita a no usar los LDR en aplicaciones en las
que la señal luminosa varía con rapidez. El tiempo de respuesta típico de un LDR está en el
orden de una décima de segundo. Esta lentitud da ventaja en algunas aplicaciones, ya que
se filtran variaciones rápidas de iluminación que podrían hacer inestable un sensor (ej. tubo
fluorescente alimentado por corriente alterna). En otras aplicaciones (saber si es de día o es
de noche) la lentitud de la detección no es importante.
Se fabrican en diversos tipos y pueden encontrarse en muchos artículos de consumo, como
por ejemplo en cámaras, medidores de luz, relojes con radio, alarmas de seguridad o
sistemas de encendido y apagado del alumbrado de calles.

4. También se fabrican fotoconductores de Ge:Cu que funcionan dentro de la gama más baja
"radiación infrarroja
Fotoresistencia(LDR)
La fotorresistencia,comosunombre loindica,esunresistenciacuyovalordependende la energía
luminosaincidente enella,específicamente sonresistenciascuyovalorde resistividaddisminuyea
medidaque aumentalaenergíaluminosaincidentesobre ellay viceversa. Una fotorresistencia se
compone de un material semiconductor cuya resistencia varia en función de la iluminación. La
fotorresistenciareduce su valor resistivo en presencia de rayos luminosos. Es por ello por lo que
tambiénse le llamaresistenciasdependientesde luz(lightdependent resistors), fotoconductores
o células fotoconductoras.
Figura 1. Simbolo de la Fotoresistencia
Figura 2. Fotoresistencia
Un fotorresistor está hecho de un semiconductor de alta resistencia.Si la luz que incide en el dispositivo es de alta frecuencia, los
fotones son absorbidos por la elasticidaddel semiconductor dando a los electrones la suficiente energía para saltar de la ba nda de
valencia a la banda de conducción, aumentando así la conductividad del dis positivo y disminuyendo su resistencia. Las
fotorresistencias se caracterizan por la ecuación:
Donde:
R: resistencia de l a fotorresistencia.

5. A,α: constantes que dependen del semiconductor util izado.
E:densidad superficial de l a energía recibida.
Principio de Funcionam iento
La resistencia de este tipos de componentes varia en función de la luz que recibe en su
superficie. Así, cuando están en oscuridad su resistencia es alta y cuando reciben luz su
resistencia disminuye considerablemente. Cuando incide la luz en el material
fotoconductor se generan pares electrón - hueco. Al haber un mayor número de
portadores, el valor de la resistencia disminuye. De este modo, la fotorresistencia
iluminada tiene un valor de resistencia bajo. Las células son también capaces de reaccionar
a una amplia gama de frecuencias, incluyendo infrarrojo (IR), luz visible, y ultravioleta
(UV). Los materiales que intervienen en su construcción son Sulfuro de Cadmio, utilizado
como elemento sensible a las radiaciones visibles y sulfuro de plomo se emplean en las
LDR que trabajan en el margen de las radiaciones infrarrojas. Estos materiales se colocan
en encapsulados de vidrio o resina.
Figura 3. Fotogeneración de Portadores
Si dejamos de iluminar, los portadores fotogenerados se recombinarán hasta volver hasta sus
valores iniciales.Por lo tanto el número de portadores disminuirá y el valor de la resistencia será
mayor. Por supuesto, el material de la fotorresistencia responderá a unas longitudes de onda
determinadas.
Figura 4. Estado de Conducción sin Fotogeneración
Es decir, la variación de resistencia será máxima para una longitud de onda determinada. Esta
longitud de onda depende del material y el dopado, y deberá ser suministrada por el proveedor. En
general, la variación de resistencia en función de la longitud de onda presentan curvas como las de
la figura siguiente:

6. Figura 5. Curva característica de la LDR
Tipos
En general, un dispositivo fotoeléctrico puede ser intrínseco o extrínseco. En dispositivos
intrínsecos, los únicos electrones disponibles están en la banda de la valencia, por lo tanto el fotón
debe tener bastante energía para excitar el electrón a través de toda la banda prohibida. Por otro
lado en los dispositivos extrínsecos tienen impurezas agregadas, que tienen energía de estado a
tierra más cercano a la banda de conducción puesto que los los electrones adquieren una energía
inicial mayorque en el caso intrínseco, y por lo tanto no tienen que saltar lejos, es necesaria una
energía (frecuencia, intensidad) menorpara lograr el paso de un electrón a la banda de conducción.
En el caso específico de las fotorresistencias existen las lineales y no lineales:
LDR lineales: son mejor conocidas como fotodiodos pero bajo ciertas aplicaciones es posible
tratarlas como fotorresistencias debido al comportamiento lineal que presentan.Para considerar un
fotodiodo como una fotorresistencia lineal simplemente se polariza en inverso.
LDR no lineales: son aquellas hechas comúnmente cuyo comportamiento no depende de la
polaridad aplicada sobre ella.
Construcción
Se fabrican de diversos tipos. Las células baratas del sulfuro del cadmio se pueden encontrar en
muchos artículos del consumidor porejemplo cámara fotográfica,medidores de luz, los relojes con
radio, las alarmas de seguridad y los sistemas de encendido y apagado del alumbrado de calles en
función de la luz ambiente. En otro extremo de la escala, los fotoconduc tores de Ge:CuUn ciclo
típico de procedimientos en litografía de silicio podría constar de los siguientes procesos: son los
sensores que funcionan dentro de la gama más baja "radiación infrarroja. Se utiliza sulfuro de
cadmio purificado y en forma de polvo que, mezclado con las materias complementarias adecuadas,
es prensado en forma de discos. Estos se someten a sinterización, c ontrolando cuidadosamente las
condiciones del proceso, tales como presión, temperatura y tiempo de tratamiento térmico. Los

7. electrodos se aplican por evaporación en vacío. Después se sueldan a éstos los hilos de conexión y el
disco LDR con terminales se monta en esa cápsula o se recubre con una laca protectora.
Preparación del substrato: Se empieza depositando una capa de metal conductivo de varios
nanómetros de grosor sobre el substrato.
Aplicación de las resinas fotoresistentes. Se aplica sobre la capa metálica otra capa de resina
fotoresistente.Suele ser una sustancia que cambia sus características químicas con la exposición a la
luz (generalmente radiación ultravioleta)
Introducción en el horno (calentamiento ligero).En esta etapa se fijan las resinas sobre el substrato
de silicio.
Exposición a la luz. Se usa una placa (denominada fotomáscara) con áreas opacas y transparentes
con el patrón a imprimir. La fotomáscara se coloca interponiéndose entre la placa preparada y la
fuente luminosa, de este modo, se exponen a la luz, sólo unas partes de la fotoresina, mientras que
otras quedan ocultas en la oscuridad.
Desarrollo. En esta fase, la fotoresistencia está preparada para reaccionar de forma diferente a un
ataque químico, dejando el patrón de la fotomáscara grabado en la placa.
Introducción en el horno (calentamiento fuerte). Se fijan los cambios que la impresión ha realizado
anteriormente.
Aplicación del ácido nítrico o agua fuerte. Se limpian los restos de las resinas fotoresistentes,
dejando la oblea con las marcas originales de la fotomáscara.
Figura 6. Un spiner empleado como resina de fotoresistencia.
Las salas blancas donde se realizan estas operaciones suelen estar libres de partículas en
suspensión,asícomo de la exposiciónalucesazuleso ultravioletas,conel objetode evitartantola
contaminación del proceso como la exposición indeseada de las fotoresinas. El espectro de luz

8. empleado para la iluminación de los procesos es de color amarillo, para evitar cualquier tipo de
reflejo.
La litografía se emplea en este complejo proceso de elaboración ya que se tiene un
completo control del tamaño y dimensiones de las partes impresas sobre las obleas de
silicio, además de poder trasladar los patrones de la fotomáscara a toda la superficie de la
oblea al mismo tiempo. Una de las principales desventajas, de este procedimiento, son las
necesarias dependencias de un substrato, además el método no se puede usar en la
generación de imágenes que no son planas. A este inconveniente habría que añadir las
extremas condiciones de limpieza requeridas cuando se tratan las obleas. Cuando se
elabora un circuito integrado complejo, (por ejemplo un dispositivo CMOS) la oblea pasa
por el ciclo unas cincuenta veces. Para la elaboración de un transistor de capa delgada
(TFT) el proceso de fotolitografía se ejecuta unas cuantas veces.
Las células de sulfuro de cadmio
El sulfuro de cadmio o las células del sulfuro del cadmio (CdS) confían en la capacidad del
cadmio de variar su resistencia según la cantidad de luz que pulsa la célula. Cuanto más luz
pulsa la célula, más baja es la resistencia. Aunque no es exacta, incluso una célula simple
de CdS puede tener una amplia gama de resistencia de cerca de 600 ohmios en luz
brillante a 1 o 2 MΩ en oscuridad.
Acondicionamiento de la Señal
La mayoría de las señales requieren de preparación antes de poder ser digitalizadas. Aún las
señales de voltaje puro pueden requerir de tecnología para bloquear señales grandes de modo
común o picos. Todas estas tecnologías de preparación son formas de acondicionamiento de
señal.Paralossensoresresistivosengeneral,enloscualescaben las fotoresistencias los circuitos
de acondicionamiento mas utilizados son:
1.- Divisores de Tensión o Voltaje
El circuito esencial de un divisor de tensión, también llamado divisor de potencial o divisor
de voltaje, su fórmula, es:
Como se puede ver, dos resistenciasestán conectadas en serie con la tensión de entrada Vin, que puede ser
o no, la tensión de la fuente de alimentación, conectada a Rarriba, la otra resistencia Rabajo conectada a
masa. La tensión de la salida Vout, es el voltaje a extremos de Rabajo y viene dada por:

9. Dependiendo de la configuración del divisor de voltaje con la fotorresistencia sustituyendo a la
R_abajo o R_arriba,trabajara como un sensorde oscuridadoun sensorde luz.Este circuito da una
tensiónBAJA enlasalidacuandoel LDR está enla luz,yuna tensión ALTA cuando la LDR está en la
penumbra. El circuito divisor de tensión dará una tensión de la salida que cambia con la
iluminación, de forma inversamente proporcional a la cantidad de luz que reciba.
Un sistema de sensor que funcione como esto se podría pensar como 'sensor de oscuridad'
y se podría utilizar para controlar los circuitos de iluminación que se encienden (conectan)
automáticamente por la tarde.
Figura 7 . Circuito de Acondicionamiento para un Detector de Oscuridad
Otro tipo de circuito de acondicionamiento es el caso de la figura 8 donde se observaun detector de
luz, en el cual el principio fisico consiste en entregar en la salida, en presencia de luz, un voltaje
menor al que hay en presencia de oscuridad puesto que la caída de voltaje de la salida se mide
directamente en la LDR. Lograndola LDR está en la luz, y BAJA cuando el LDR está en la oscuridad.
invertir el circuito, es decir, el voltaje de salida llega a ser ALTO, cuando la LDR está en la luz, y BAJA
cuando el LDR está en la oscuridad.
Figura 8. Circuito de Acondicionamiento para un detector de Luz

10. 2.- Puente de Wheatstone
Es obvio que el circuito consiste en dos divisores de tensión. Suponga que RX es un valor de la
resistencia desconocida. Si ajustamos RC hasta que Va del segundo divisor de tensión es igual a Vb
del divisor de tensión del brazo que contiene RX. Cuando los valores de Va y Vb son iguales, se dice
que el puente está equilibrado.El punto de equilibrio puedeser detectado conectando un voltímetro
o un amperímetro a través de los terminales de salida entre Va y Vb. Ambas clases de medida dan
una lectura cero cuando se alcanza el equilibrio.
En un circuito equil ibrado, el cociente RX/RA es igual al cociente de RB/RC .
Es decirsi losvaloresdel RA,de RB y de RC se saben,esfácil calcular RX. En instrumentos basados
en el puente de Wheatstone, el RA y el RB son fijos y RC es ajustable en una escala que varía de
una manera tal que el valor de RX se puede leer directamente.
Actualmente, los circuitos puente de Wheatstone no se utilizan generalmente para medir
valores de resistencia, sino que se utilizan en diseñar los circuitos sensores.
Cuandose trabaja con resistenciasdependientesde unparámetroexterior (por ejemplo una LDR,
resistencia dependiente de la luz), se puede utilizar el puente para conocer el valor de la LDR, y
para medir las variaciones de ese parámetro, a través del desequilibrio del puente, lo que se
conoce como Puente de error.
3.- Amplificadores de Instrumentación
A plenaluz, la resistencia de la fotorresistencia LDR es baja, por lo que hay una tensión bastante
próxima a la de alimentación, en cualquier caso superior a la del centro (cursor) de R. El
amplificador operacional funciona como comparador, es decir, compara las tensiones en las dos
entradas: si el negativo está más alto que el otro, la salida está baja.
En ausencia de luz, la tensión baja hasta encontrarse por debajo de la alimentación; por
tanto la salida del comparador está alta y, tras el retardo introducido envía una señal al
actuador.
Aplicaciones
La mayor parte de las aplicaciones de los resistores LDRse basan en el accionamiento de un relé o d
una lámpara. Pueden actuar directamente o por mediación de un amplificador adecuado si se
requieren potencias relativamente elevadas. Es importante calcular la disipación máxima que tiene

11. lugar en el resistor LDR. Si se conoce la máxima tensión de alimentación (Vmax) y el valor de la
resistencia de carga(R), la disipación máxima en el resistor LDR se produce cuando el valor de su
resistencia sea igual a R. La potencia a disipar
por el resistor LDR vale entonces: V2m/4R
este valor ha de ser más pequeño que la disipación máxima admisible a la temperatura
ambiente dada, ya que de otra manera el resistor LDR se dañará por sobrecalentamiento.
También es importante tener en cuenta que la iluminación parcial de la superficie sensible
del resistor LDR puede resultar perjudicial (empleo de lentes o diafragmas),
especialmente si una pequeña parte del disco de sulfuro de cadmio tiene que disipar toda
la potencia, e incluso es contraproducente si la potencia disipada es menor que el máximo
admisible.
Aplicación Industrial
Como un ejemplo práctico de las aplicaciones de las LDR, se armará unproyecto de diseño y control
de los paámetros de información d eun automóvil, el sistema es capaz de detectar nivel minimo de
agua en el radiador, baja presión d eaceite, nivel d ecombustible. Adicionalmente, cuando rellenarel
tanque de gasolina, cambiaraceite, cambiar luces de freno y direccionales, además muestra fecha,
hora y temperatura en el interior del vehiculo.
El proyecto nacede la necesidad de controlarlos parametros en un automóvil, el cual no cuenta con
los avances tecnologicos de la actualidad, se desarrollo con PIC16F877A, el cual, cuando hay fallas
en el sistema escribira un mensaje en una pantalla LCD, además de indicar con un led bicolor el
estado del sistema verde - normal, en caso contrario rojo.
Para mantener la información exacta del control del buen funcionamiento de las luces de freno y
direccionales, se emplearon LDR ya que el sistema de luces esuna falla poco perceptible por el
usuario, ya que desde el interiordel vehiculo no es posible conocer con exactitud el estado de las
mismas. Cmo sabemos la LDR, es una resistencia quevaria su valor dependiendo de la lu z, cuanto
mayor seas la intensidad de luz que incida en la superficie de la LDR, menor sera su resistencia y
cuanto mayor luz incida menor sera su resistencia.
Para esta aplicación se utilizaron 6 sensores de luz acondicionados de la siguiente manera:
Para el control de todas las luces del automóvil seubicaron los
sendores o LDR segun la siguientetabla:

12. Los sensores de luz, fueron ubicados en el interior de las lunas de las luces direccionales y frenos,
previamente un tubo de plástico color negro, con el fin de que no detecte la luz del día.
Las LDR fueron acondicionados con un circuito comparador d evoltaje,
logrando que el sensor le indique al microprocesador un "1"digital cuando se encienden las luces y
un "0" cuando no encienden.
Al pulsar las luces de cruce derecho, porejemplo,el circuito de acondicionamiento de actividad le
indicara al micro que se encendieron las luces de cruce, la LDR por su parte al verificar la presencia
de luz, bajo su resistencia y para el "1" lógico o 5Voltios al microprocesador indicandole al sistema
que funciona prfectamente, la luz de cruce cerecho, y asi similarmente las demás. En el caso
contrario, en que la luz este dañada, el microp esperara la confirmación del "1"lógico a la entrada
del micro, si el foco esta quemado o hay fallas en el sistema de luces, la fotoresistencia no
disminuira su valor, y portanto, entragara "0" lógico,lo cual sera indicado en pantalla LCD fallo de
Luz de cruce derecho, y con un led rojo en el panel visualizcaión que indica luces de cruce, la falla
existente, lo cual alertara al usuario que debe revisar las luces de cruce de su automóvil.