Como Funciona o LDR? Circuito Simples com Resistor Dependente da Luz

Existem componentes eletrônicos capazes de transformar uma grandeza do ambiente em uma alteração elétrica que podemos utilizar em um circuito.

Um dos exemplos mais simples é o LDR — Light Dependent Resistor, ou resistor dependente da luz.

Como o próprio nome indica, sua resistência elétrica varia conforme a quantidade de luz que atinge sua superfície. Isso permite construir circuitos que conseguem perceber, de maneira simples, se um ambiente está mais claro ou mais escuro.

No vídeo deste artigo mostro como funciona um LDR e um circuito simples e prático que você pode montar em casa.

O que é um LDR?

O LDR é também conhecido como:

fotoresistor, fotorresistor ou photoresistor.

Seu princípio básico pode ser resumido assim:

MAIS LUZ
   ↓
MENOR RESISTÊNCIA


MENOS LUZ
   ↓
MAIOR RESISTÊNCIA

Ou seja, diferentemente de um resistor convencional, cujo valor procuramos manter aproximadamente constante, o LDR foi desenvolvido justamente para que sua resistência responda à iluminação incidente.

O LDR não produz luz

Apesar de trabalhar com iluminação, o LDR não deve ser confundido com um LED.

Temos duas funções completamente diferentes:

LED
energia elétrica
      ↓
     LUZ


LDR
     LUZ
      ↓
mudança de resistência

O LED é utilizado principalmente como emissor de luz.

O LDR funciona como sensor resistivo de luminosidade.

O que acontece quando iluminamos o LDR?

Podemos fazer uma experiência muito simples utilizando um multímetro.

Colocamos o instrumento na escala de resistência e conectamos as pontas aos terminais do LDR.

Depois variamos a iluminação:

LDR COBERTO
    ↓
resistência aumenta


LDR ILUMINADO
    ↓
resistência diminui

Os valores exatos dependem bastante do componente e das condições de iluminação. Portanto, não existe um único valor de resistência que possa ser atribuído a todos os LDRs.

Uma pequena fotocélula CdS comercializada pela Adafruit, por exemplo, é especificada atualmente em aproximadamente 1 kΩ sob iluminação e 10 kΩ no escuro, mas outros LDRs podem apresentar faixas muito diferentes.

Por que a resistência muda?

Em muitos LDRs tradicionais, o material fotocondutor responde à energia luminosa.

Quando recebe luz, aumenta a disponibilidade de portadores capazes de participar da condução elétrica.

O resultado macroscópico que observamos é:

LUZ
 ↓
material fotossensível
 ↓
maior condutividade
 ↓
menor resistência

Quando reduzimos a iluminação, ocorre o comportamento contrário.

É esse fenômeno que permite utilizar o componente como sensor.

O LDR possui polaridade?

Em sua utilização resistiva convencional, não.

Diferentemente de:

LED
diodo
transistor
capacitor eletrolítico

um LDR simples possui dois terminais e normalmente pode ser conectado em qualquer sentido.

Isso facilita bastante as primeiras experiências.

Mas como transformar resistência em um sinal útil?

Imagine que queremos utilizar o LDR para detectar:

dia e noite.

Sabemos que sua resistência varia, mas precisamos transformar essa variação em alguma coisa que possa controlar outro circuito.

Uma das maneiras mais simples é utilizar um:

divisor de tensão.

Podemos combinar:

LDR
 +
RESISTOR FIXO

para obter uma tensão que varia conforme a iluminação. Essa é uma aplicação clássica do LDR, inclusive utilizada em exemplos educacionais de leitura de luminosidade com microcontroladores.

O divisor de tensão com LDR

Podemos ter uma configuração como:

       +V
        │
       LDR
        │
        ├──── Vout
        │
        R
        │
       GND

A tensão em Vout depende da relação entre a resistência do LDR e a resistência fixa.

Se o LDR estiver na posição mostrada acima, quando sua resistência diminui com o aumento da luz, a tensão de saída tende a aumentar.

A SparkFun utiliza exatamente essa configuração em um exemplo de medição de luz ambiente: LDR na parte superior do divisor e resistor fixo para o terra.

Podemos inverter o comportamento

Agora troque as posições:

       +V
        │
        R
        │
        ├──── Vout
        │
       LDR
        │
       GND

O comportamento da tensão de saída será invertido.

Isso é muito útil.

Dependendo da posição do LDR no divisor, podemos construir um circuito cuja saída:

AUMENTA COM A LUZ

ou:

AUMENTA COM A ESCURIDÃO

Portanto, entender a posição dos componentes é mais importante do que simplesmente decorar um circuito.

Um circuito que acende quando escurece

Uma aplicação clássica é:

luz noturna automática.

A lógica seria:

AMBIENTE CLARO
      ↓
LDR detecta luz
      ↓
LÂMPADA/LED APAGADO


AMBIENTE ESCURO
      ↓
resistência do LDR muda
      ↓
circuito detecta
      ↓
LÂMPADA/LED ACESO

A SparkFun utiliza justamente um fotoresistor em uma experiência de luz noturna que acende um LED quando o ambiente fica escuro.

É um circuito simples, mas demonstra o princípio utilizado em diversos sistemas automáticos.

Podemos utilizar um transistor

O divisor com LDR consegue gerar uma tensão variável, mas nem sempre queremos que o sensor forneça diretamente a corrente para a carga.

Podemos utilizar um transistor como elemento de controle:

          +V
           │
          LED
           │
           R
           │
           C
          |\
LDR ──────| > transistor
          |/
           E
           │
          GND

O LDR participa do circuito responsável por determinar quando o transistor deve conduzir.

Assim separamos melhor:

sensoriamento e acionamento da carga.

O resistor do LED continua necessário

Se utilizarmos um LED na experiência, precisamos lembrar do que já vimos em outros projetos:

o LED normalmente precisa de limitação de corrente.

Não devemos simplesmente fazer:

+V ───── LED ───── GND

A montagem adequada utiliza um resistor dimensionado para a tensão de alimentação, tensão direta do LED e corrente desejada:

+V ── RESISTOR ── LED ── GND

Esse resistor tem uma função completamente diferente do resistor utilizado junto ao LDR no divisor de tensão.

Isso é importante para não confundir os dois.

Podemos adicionar um potenciômetro

Existe uma evolução interessante para o circuito.

Em vez de utilizar apenas uma resistência fixa para determinar o ponto de acionamento, podemos acrescentar um:

potenciômetro.

Assim:

LDR
 ↓
DIVISOR DE TENSÃO
 ↓
POTENCIÔMETRO / AJUSTE
 ↓
CIRCUITO DE CONTROLE
 ↓
LED

podemos ajustar a sensibilidade ou o nível de iluminação em que queremos provocar determinada ação.

Na prática, isso permite decidir:

“Quão escuro precisa ficar para o circuito acionar?”

O LDR também pode ser utilizado com Arduino

Outra aplicação extremamente interessante é conectar o LDR a uma entrada analógica de um microcontrolador.

O Arduino não mede diretamente a resistência do LDR. Por isso utilizamos novamente o divisor de tensão:

        5 V
         │
        LDR
         │
         ├──────── A0
         │
       10 kΩ
         │
        GND

A variação da resistência provoca uma variação da tensão em A0.

O conversor analógico-digital do microcontrolador transforma essa tensão em um valor que o programa consegue utilizar. A SparkFun emprega exatamente esse princípio em seus exemplos didáticos de fotoresistor.

Com Arduino podemos fazer muito mais

Depois que o valor da luminosidade está disponível no programa, podemos criar diferentes comportamentos.

Por exemplo:

SE luminosidade < limite
    acender luz

SE luminosidade >= limite
    apagar luz

Mas também poderíamos controlar:

PWM, displays, relés, motores, alarmes ou sistemas de registro de dados.

O LDR deixa de controlar diretamente alguma coisa e passa a fornecer informação sobre o ambiente para o microcontrolador.

Podemos visualizar a mudança de forma gradual

Uma vantagem de utilizar uma entrada analógica é perceber que iluminação não precisa ser tratada apenas como:

CLARO
ou
ESCURO

Podemos trabalhar com vários níveis:

MUITO ESCURO
     ↓
ESCURO
     ↓
MEIA-LUZ
     ↓
CLARO
     ↓
MUITO CLARO

O LDR é um sensor analógico.

Sua resistência varia continuamente conforme as condições de iluminação, embora sua resposta não deva ser tratada como perfeitamente linear.

O LDR não é um luxímetro

Esse é um cuidado importante.

Um circuito simples com LDR é excelente para:

detectar variações de iluminação e comparar níveis de luz.

Mas isso não significa que uma leitura de resistência possa ser automaticamente interpretada como uma medição precisa em lux.

A relação entre resistência e iluminação depende do modelo do componente e geralmente é não linear.

Portanto:

LDR + multímetro
      ≠
luxímetro calibrado

Para muitas aplicações de automação, porém, não precisamos saber exatamente quantos lux existem no ambiente.

Precisamos apenas saber se ficou:

claro o suficiente ou escuro o suficiente.

Existem diferenças entre um LDR e sensores modernos

Hoje também encontramos sensores de luminosidade baseados em:

fotodiodos, fototransistores e circuitos integrados digitais.

Eles podem oferecer características mais adequadas para aplicações que exigem maior velocidade, linearidade ou medições quantitativas.

O LDR continua interessante especialmente pela:

simplicidade, facilidade de utilização e valor didático.

Existe ainda uma questão ambiental: determinados LDRs tradicionais utilizam sulfeto de cádmio (CdS). A própria Adafruit observa que sua fotocélula CdS não é compatível com RoHS e sugere fototransistor quando essa conformidade é necessária.

Uma experiência muito simples para fazer em casa

Para compreender o princípio do LDR, nem precisamos começar com Arduino.

Podemos utilizar:

1 LDR
1 resistor
1 LED
1 transistor, dependendo do circuito
protoboard
jumpers
fonte de baixa tensão

e observar como o circuito responde quando:

iluminamos o LDR
       ↓
cobrimos com a mão
       ↓
aproximamos uma lanterna
       ↓
afastamos a fonte de luz

Essa experiência permite literalmente ver uma grandeza física sendo transformada em uma resposta elétrica.

Veja o circuito funcionando no vídeo

No vídeo abaixo explico como funciona o LDR — Resistor Dependente da Luz — e mostro um circuito simples e prático que você pode montar em casa.

É um daqueles componentes muito simples que permitem criar uma enorme quantidade de experiências.

Do componente simples ao sistema automático

Talvez a parte mais interessante do LDR seja perceber a sequência completa:

      LUZ
       ↓
      LDR
       ↓
VARIAÇÃO DE RESISTÊNCIA
       ↓
VARIAÇÃO DE TENSÃO
       ↓
CIRCUITO DE CONTROLE
       ↓
      AÇÃO

A ação pode ser:

acender uma lâmpada, ativar um alarme, controlar um LED ou enviar uma informação para um Arduino.

E esse princípio vai muito além do LDR.

Na eletrônica encontramos vários sensores que transformam grandezas do mundo físico em grandezas elétricas que nossos circuitos conseguem interpretar.

Por isso, além de ser útil, montar um pequeno circuito com LDR é uma excelente experiência para entender um dos conceitos fundamentais da eletrônica:

como fazer um circuito perceber aquilo que acontece no ambiente.