Fotorresistencia

Una fotorresistencia (también conocida como fotocélula o resistencia dependiente de la luz, LDR o célula fotoconductora) es un componente pasivo que disminuye la resistencia con respecto a recibir luminosidad (luz) en la superficie sensible del componente. La resistencia de un fotoresistor disminuye con el aumento de la intensidad de la luz incidente; en otras palabras, exhibe fotoconductividad. Se puede aplicar un fotorresistor en circuitos detectores sensibles a la luz y circuitos de conmutación activados por la luz y activados por la oscuridad que actúan como un semiconductor de resistencia. En la oscuridad, un fotorresistor puede tener una resistencia de varios megaohmios (MΩ), mientras que en la luz, un fotorresistor puede tener una resistencia de unos pocos cientos de ohmios. Si la luz incidente en un fotorresistor excede una cierta frecuencia, los fotones absorbidos por el semiconductor dan a los electrones enlazados suficiente energía para saltar a la banda de conducción. Los electrones libres resultantes (y sus compañeros de hueco) conducen la electricidad, lo que reduce la resistencia. El rango de resistencia y la sensibilidad de un fotorresistor pueden diferir sustancialmente entre dispositivos diferentes. Además, los fotorresistores únicos pueden reaccionar de manera sustancialmente diferente a los fotones dentro de ciertas bandas de longitud de onda.

Un dispositivo fotoeléctrico puede ser intrínseco o extrínseco. Un semiconductor intrínseco tiene sus propios portadores de carga y no es un semiconductor eficiente, por ejemplo, el silicio. En los dispositivos intrínsecos, la mayoría de los electrones disponibles están en la banda de valencia y, por lo tanto, el fotón debe tener suficiente energía para excitar al electrón en toda la banda prohibida. Los dispositivos extrínsecos tienen impurezas, también llamadas dopantes, añadidas cuya energía en estado fundamental está más cerca de la banda de conducción; dado que los electrones no tienen que saltar tan lejos, los fotones de menor energía (es decir, longitudes de onda más largas y frecuencias más bajas) son suficientes para activar el dispositivo. Si una muestra de silicio tiene algunos de sus átomos reemplazados por átomos de fósforo (impurezas), habrá electrones adicionales disponibles para la conducción. Este es un ejemplo de un semiconductor extrínseco.

Consideraciones de diseño

Tres fotorresistores con escala en mm

Grandes CdS Photocell de un faro callejero.

Un fotorresistor es menos sensible a la luz que un fotodiodo o un fototransistor. Los dos últimos componentes son verdaderos dispositivos semiconductores, mientras que una fotorresistencia es un componente pasivo que no tiene una unión PN. La fotorresistividad de cualquier fotorresistor puede variar ampliamente según la temperatura ambiente, lo que los hace inadecuados para aplicaciones que requieren una medición precisa o sensibilidad a los fotones de luz.

Los fotorresistores también exhiben un cierto grado de latencia entre la exposición a la luz y la posterior disminución de la resistencia, generalmente alrededor de 10 milisegundos. El tiempo de retraso al pasar de entornos iluminados a oscuros es aún mayor, a menudo de hasta un segundo. Esta propiedad los hace inadecuados para detectar luces que parpadean rápidamente, pero a veces se usan para suavizar la respuesta de compresión de la señal de audio.

Aplicaciones

Los componentes internos de un control fotoeléctrico para una típica calle americana. El fotorresistor se enfrenta a la derecha y controla si fluye corriente a través del calentador que abre los principales contactos de energía. Por la noche, el calentador se enfría, cerrando los contactos de energía, energizando la luz de la calle.

Los fotorresistores vienen en muchos tipos. Las celdas de sulfuro de cadmio (CdS) económicas se pueden encontrar en muchos artículos de consumo, como medidores de luz de cámara, radios reloj, dispositivos de alarma (como el detector de un haz de luz), luces nocturnas, relojes para exteriores, farolas solares y postes solares, etc..

Se pueden colocar fotorresistores en las farolas para controlar cuándo la luz está encendida. La luz ambiental que cae sobre el fotorresistor hace que la farola se apague. Por lo tanto, se ahorra energía al garantizar que la luz esté encendida solo durante las horas de oscuridad.

Los fotorresistores o LDR también se utilizan en los sistemas de seguridad basados en láser para detectar el cambio en la intensidad de la luz cuando una persona u objeto pasa a través del rayo láser.

También se utilizan en algunos compresores dinámicos junto con una pequeña lámpara incandescente o de neón, o un diodo emisor de luz para controlar la reducción de ganancia. Un uso común de esta aplicación se puede encontrar en muchos amplificadores de guitarra que incorporan un efecto de trémolo integrado, ya que los patrones de luces oscilantes controlan el nivel de la señal que pasa por el circuito del amplificador.

El uso de fotorresistores CdS y CdSe está severamente restringido en Europa debido a la prohibición RoHS sobre el cadmio.

Los LDR (resistencias dependientes de la luz) de sulfuro de plomo (PbS) y antimoniuro de indio (InSb) se utilizan para la región espectral del infrarrojo medio. Los fotoconductores Ge:Cu se encuentran entre los mejores detectores de infrarrojo lejano disponibles y se utilizan para la astronomía infrarroja y la espectroscopia infrarroja.