Relatório - Materiais e equipamentos elétricos

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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ 
CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE APUCARANA 
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 
 
JOÃO DONIZETE DELFINO JUNIOR 
LUCAS MEZZOMO FRANCO 
RAFAEL UEZU 
 
 
 
MATERIAIS E EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS 
DISPOSITIVOS SEMICONDUTORES: SENSORES DE LUZ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
APUCARANA 
2018 
 
 
JOÃO DONIZETE DELFINO JUNIOR 
LUCAZ MEZZOMO FRANCO 
RAFAEL UEZU 
 
 
 
 
 
 
MATERIAIS E EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS 
DISPOSITIVOS SEMICONDUTORES: SENSORES DE LUZ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
APUCARANA 
2018 
Relatório de Materiais e Equipamentos 
Elétricos - Atividade Prática 3. 
Dispositivos Semicondutores: Sensores 
De Luz. Curso de Engenharia Elétrica da 
Universidade Tecnológica Federal do 
Paraná. 
 
 
SUMÁRIO 
 
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................ 4 
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ................................................................................. 5 
2.1.ESTRUTURA DOS SEMICONDUTORES .................................................................... 5 
2.2. ENERGIA LUMINOSA, ESPECTRO DE FREQUÊNCIA DA LUZ E FLUXO 
LUMINOSO ............................................................................................................................... 7 
2.2.1. Comprimento de onda e frequência .......................................................................... 7 
2.2.2. Espectro de frequência da luz .................................................................................... 8 
2.2.3. Energia luminosa .......................................................................................................... 8 
2.2.4. Fluxo luminoso radial e constante ............................................................................. 9 
2.3. DISPOSITIVOS SEMICONDUTORES ......................................................................... 9 
2.3.1. Funcionamento dos diodos ......................................................................................... 9 
2.3.2. Funcionamento dos fotodiodos ................................................................................ 12 
2.3.3. Funcionamento de um LDR ...................................................................................... 13 
3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ....................................................................... 15 
3.1. MATERIAIS UTILIZADOS ............................................................................................ 15 
3.2. MÉTODOS UTILIZADOS ............................................................................................. 15 
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................... 17 
5. CONCLUSÃO ........................................................................................................... 27 
6. REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 28 
 
 
 
 
 
 
4 
 
1. INTRODUÇÃO 
 Os semicondutores são amplamente utilizados no âmbito da engenharia 
elétrica. Um exemplo de seu uso está presente nos fotodiodos. 
 Os fotodiodos são dispositivos eletrônicos utilizados como sensores de luz em 
variadas aplicações. Seu funcionamento se dá pelo fato de que as junções 
presentes em materiais semicondutores são sensíveis à luz. 
 Outro importante equipamento eletrônico sensível à luz é o LDR. Este 
dispositivo varia sua resistência de acordo com a intensidade luminosa incidida no 
mesmo, possibilitando diversas aplicações. 
 Deste modo, este experimento objetiva analisar como se dá o funcionamento 
dos dispositivos citados quando a luz incidia é variada com a distancia bem como 
analisar graficamente suas características. 
 
 
5 
 
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
 Esta seção tem por intuito apresentar os conceitos sobre a estrutura dos 
semicondutores, luminosidade e funcionamento de dispositivos semicondutores, 
com priorização aos sensíveis a luz. 
2.1.ESTRUTURA DOS SEMICONDUTORES 
 Materiais semicondutores são em geral cristais sólidos e podem ser 
classificados como intermediários na escala de materiais que conduzem corrente 
elétrica, seu funcionamento é um pouco mais complexo quando comparado aos 
condutores e isolantes. 
 Em geral os semicondutores são elementos tetravalentes, como o germânio 
(Ge) e o silício (Si), que é facilmente encontrado na superfície da terra. Esses 
elementos em forma pura (intrínsecos) não possuem uma boa condutividade 
elétrica, em razão da estrutura molecular ganhar estabilidade ao ter todos seus 
átomos com orbitais eletrônicos ligantes (Figura 1), ou seja, os átomos tetravalentes 
fazem ligações covalentes simples com seus átomos vizinhos, assim mantendo a 
camada de valência estável. 
 
Figura 1. Estrutura molecular de um semicondutor de silício. 
(Fonte: www.gvensino.com.br) 
 Todavia é possível dar uma função para o material ao se utilizar um processo 
de dopagem no semicondutor, onde se acrescenta impurezas de forma controlada 
no semicondutor com a intenção de se obter uma finalidade. Essas impurezas são 
outros elementos, como por exemplo os trivalentes e pentavalentes, e esses 
semicondutores são titulados como extrínsecos. 
6 
 
 Por exemplo, ao se acrescentar elementos trivalentes, como o Boro, ao 
semicondutor o mesmo adquire uma estrutura que possui orbitais vazios, chamadas 
de lacunas, Figura 2. A falta de elétrons na estrutura gera um excesso de cargas 
positivas, e esse tipo de ligação no semicondutor é nomeada de ligação receptora, 
também chamado de semicondutor tipo . 
 
Figura 2. Estrutura molecular de um semicondutor de silício dopado com boro. 
(Fonte: www.gvensino.com.br) 
 De forma análoga, ao se dopar o semicondutor com um elemento 
pentavalente, como o Fósforo, consegue-se uma estrutura com excesso de elétrons, 
em que a condutividade depende desses elétrons na camada superior, como 
resultado da ativação de elétrons livres de ligações doadoras no semicondutor, 
esses semicondutores são titulados como semicondutores tipo . 
 
Figura 3. Estrutura molecular de um semicondutor de silício dopado com fósforo. 
(Fonte: www.gvensino.com.br) 
 Com semicondutores receptores e doadores de cargas é possível se obter 
diversas aplicações para esses materiais como, por exemplo, os dispositivos com 
propriedades relacionada a luz, cujo é foco do experimento. 
7 
 
2.2. ENERGIA LUMINOSA, ESPECTRO DE FREQUÊNCIA DA LUZ E FLUXO 
LUMINOSO 
2.2.1. Comprimento de onda e frequência 
 Visto que uma onda é uma perturbação oscilante de uma certa grandeza 
física no espaço e periódica no tempo, é possível descrever uma onda pelo seu 
comprimento longitudinal e latitudinal em um determinado intervalo de espaço e por 
sua frequência de oscilação. Considere a onda senoidal da figura 4, é classificado o 
comprimento de uma onda à distância que a mesma percorre em determinados 
intervalos repetidos e sucessivos em uma onda, assim descrevendo um padrão. De 
forma análoga é possível estabelecer o parâmetro de amplitude de uma onda, visto 
que existe uma distância máxima latitudinal que se repede sucessivamente 
formando um padrão. 
 
Figura 4. Representação gráfica de uma onda e seus parâmetros 
(Fonte: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e1/Onda.png) 
 
 Por vez a frequência de uma onda é o tanto que a mesma oscilou intervalos 
 em um segundo, cujo unidade de medida é ( ), por exemplo: se dizemos 
que a frequência da onda é de 60 a mesma oscilou 60 vezes em um segundo. 
Visto isso é possível notar o parâmetro deperíodo de uma onda ( ) que nos 
descreve o tempo de uma oscilação, logo é fácil ver que 
 
 
 
 
à vista disso pode-se denotar a velocidade da onda como 
 
 
 
 
algo que é de grande relevância no estudo de ondas. E por fim, a amplitude de uma 
onda adquire valores positivos e negativos ao longo da oscilação, e pode ser medida 
8 
 
tanto de um valor nulo ao seu ponto máximo (ponto de pico), quanto seu ponto 
mínimo ao máximo. 
2.2.2. Espectro de frequência da luz 
 Tendo em mente que a luz obedece tanto o comportamento de uma onda 
quanto o de uma partícula e que a luz é uma onda eletromagnética. O seu tamanho 
e oscilação são associados a uma velocidade constante que a onda se propaga, 
que é de . Então de acordo coma equação e 
 
 
 Todavia, diante de todo o espectro eletromagnético a frequência da luz visível 
é um pequeno intervalo entre a frequência do infravermelho ao ultravioleta, 
aproximadamente o intervalo entre à . 
 
Figura 5. Espectro de frequência da luz e eletromagnético. 
(Fonte: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f8/EM_spectrum_pt.svg/787px-
EM_spectrum_pt.svg.png) 
 2.2.3. Energia luminosa 
 Um aspecto importante da luz é a energia que ela carrega. A partícula de luz, 
denominada de fóton, carrega pacotes discretos de energia que são proporcionais 
a frequência de oscilação que luz se encontra, onde é descrita pela equação de 
Planck-Einstein: 
 
9 
 
onde é a constante de Planck, definida como . Logo a energia 
luminosa que uma molécula absorve ao encontrar um fóton é um valor sólido. 
2.2.4. Fluxo luminoso radial e constante 
 Em geral a intensidade luminosa em uma região depende de como o fluxo 
luminoso age no ambiente. Caso a luz seja derivada de uma vela ou lâmpada o fluxo 
luminoso se espalha radialmente pelo espaço, por exemplo, considere que toda a 
intensidade luminosa saia de um único ponto e que divirja para todas as direções 
com mesma intensidade, figura 6. 
 
Figura 6. Uma área qual quer a uma distância do ponto de divergência da luz 
(Fonte: O autor) 
A área que envolve é de uma esfera, então , ou caso seja uma 
semiesfera. 
 Todavia existem diversos casos de como calcular a intensidade luminosa em 
uma determinada região, podendo ser a partir de candela, Lúmen, Lux, etc. Como a 
intenção deste experimento é relatar apenas a variação inversa quadrática em 
relação a distância, não será abordado tais medidas. 
2.3. DISPOSITIVOS SEMICONDUTORES 
 Dispositivos semicondutores são obtidos a partir da ligação dos 
semicondutores do tipo e, ou, . A sua finalidade pode variar tanto do modo que é 
implementado em um dado circuito, quanto os elementos que o compõem e a forma 
de ligação. Esse tópico explica brevemente a funcionalidade de alguns dispositivos 
usados no experimento. 
2.3.1. Funcionamento dos diodos 
 Em modo geral, diodos são dispositivos obtidos da junção de semicondutores 
do tipo e (Junção ). Como ilustra a figura 6, ao se unir os semicondutores e 
10 
 
 parte das lacunas presentes no semicondutor do tipo são atraídas e 
preenchidas por elétrons derivados do semicondutor tipo , tanto quanto parte dos 
elétrons na região são preenchidos por lacunas derivadas do semicondutor tipo . 
 
Figura 7. Junção dos semicondutores tipo e 
(Fonte: O autor) 
Após essa difusão, cargas positivas são geradas na parte semicondutora tipo 
 , tanto quanto cargas negativas são geradas na parte semicondutora tipo , isso 
origina um campo elétrico que tem sentido da região para . 
 
Figura 8. Junção dos semicondutores tipo e após a difusão de cargas 
(Fonte: O autor) 
O local onde se encontra as cargas é titulado de região de depleção. A região 
de depleção é desprovida de cargas livres, em razão de ter seus átomos ionizados. 
 
Figura 9. Região de depleção em um diodo. 
(Fonte: O autor) 
 De certo ponto de vista a região de depleção pode ser entendida como uma 
barreira de potencial. Ao submeter essa região a uma diferença de potencial (Figura 
7), ou seja, ligar uma fonte de tensão ao diodo, de modo que o catodo da fonte é 
ligado ao semicondutor tipo e o anodo ao semicondutor tipo , isso significa: 
Polarizar diretamente a junção . 
11 
 
 
Figura 10.Junção polarizada diretamente. 
(Fonte: O autor) 
As cargas positivas do semicondutor tipo são repelidas pelo catodo da 
fonte, e o mesmo vale para o outro polo da fonte, consequentemente a diferença de 
potencial imposto pela região de depleção é decresce (ela diminui, figura 7), se 
impusermos mais tensão no diodo a diferença de potencial da região de depleção 
tende a ser cada vez menor até desaparecer. Sem a região de depleção as lacunas 
e elétrons estão livres para se recombinarem, como ilustra a figura 8. 
 
Figura 11. Recombinação das lacunas e elétrons em um diodo. 
(Fonte: O autor) 
 Com a camada de depleção vencida e os elétrons e lacunas recombinadas a 
corrente pode percorrer o diodo. 
 
Figura 12. Recombinação das lacunas e elétrons em um diodo. 
(Fonte: O autor) 
 Também é possível realizar a polarização inversa da junção, onde se conecta 
os polos da fonte de tensão contrariamente ao da polarização direta. Quando se liga 
o anodo da fonte ao semicondutor do tipo as cargas tendem a se acumularem na 
12 
 
extremidade do semicondutor, o mesmo ocorre para o semicondutor tipo , logo a 
região de depleção tende a aumentar, dificultando a passagem de cargas na junção. 
 
Figura 13. Junção polarizada reversamente. 
(Fonte: O autor) 
 
2.3.2. Funcionamento dos fotodiodos 
 Fotodiodos são dispositivos semicondutores, em geral, de junção sensível 
à luz. 
 Ao incidir luz a junção os fótons irão transferir energia aos elétrons da junção, 
assim gerando lacunas e elétrons livres na junção. Os elétrons se movem na região 
de depleção e induzem a corrente reversa que é proporcional à intensidade 
luminosa. 
 
Figura 14. Representação de um fotodiodo. 
(Fonte: O autor) 
 Quando uma junção semicondutora é polarizada reversamente e uma fonte 
de luz incide sobre sua superfície, tem-se um acréscimo na corrente de polarização 
reversa, figura 10, devido à movimentação dos pares lacunas-elétrons de acordo 
com indução da fonte de tensão. Isso proporciona uma diferença na tensão 
13 
 
 
Figura 15. Curva característica da corrente e voltagem reversa de um fotodiodo. 
(Fonte: Electronics and control Systems - Photo diode Operation-VI Characteristics) 
 
2.3.3. Funcionamento de um LDR 
 O Light Dependent Resistor (LDR) é um dispositivo cuja resistência varia de 
acordo com a intensidade luminosa. O LRD tem base como material principal os 
semicondutores (Exemplo: Sulfeto de cadmio) de resistividade alta e ao contrario 
dos fotodiodos que são diodos, os LRS são resistores. 
 
Figura 16. Símbolos e Aspectos de um LDR. 
(Fonte:Instituto Newton C. Braga. - LDR (ALM332)) 
 Quando o material semicondutor do LDR é exposto à luz, os elétrons da 
estrutura adquirem a energia dos fótons e se propagam para a banda condutora 
onde podem se movimentar livremente, assim abaixando o valor de sua resistência 
de acordo com a luminosidade, a figura 12 mostra a curva característica de um LDR 
comumente encontrado no mercado. 
14 
 
 
Figura 17. Curva característicada resistência de um LDR comum versus intensidade luminosa 
(Fonte: Sunrom Technologies - Model #:3190, disponível em: 
http://kennarar.vma.is/thor/v2011/vgr402/ldr.pdf) 
 
15 
 
3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
 Com o objetivo de obter melhores análises e maior compreensão do assunto, 
os procedimentos e instrumentos utilizados no experimento foram apresentados de 
forma sucinta e detalhada. 
3.1. MATERIAIS UTILIZADOS 
 Sensor de luz TSL251; 
 LDR; 
 Fonte de tensão DC; 
 Resistência 10.000 Ω; 
 Multímetro; 
 Protoboard; 
 Fios e cabos; 
 Fonte de luz constante; 
 Régua; 
 Fita isolante. 
 
3.2. MÉTODOS UTILIZADOS 
Com a intenção de compreender o comportamento do LDR, foi montado um 
circuito que consiste em uma resistência de 10 KΩ ligada em série com um LDR o 
qual estava em paralelo com um voltímetro, a fonte de tensão DC foi ajustada para 
10 V e uma fonte de luz constante foi posicionada de maneira a incidir no LDR e sua 
posição foi marcada, afastando a fonte de luz de 1 em 1 cm 31 vezes, os dados 
referentes ao valor mostrado pelo multímetro a cada afastamento foram coletados 3 
vezes, devido a grande variação de valores mostrados por ele, o mesmo foi repetido 
uma única vez, com a luz do laboratório apagada. 
Para a melhor análise sobre o efeito que a incidência de luz causa sobre o 
LDR, assim como a visualização deste, um gráfico correlacionando as distâncias da 
fonte de luz com a tensão sobre o LDR foi traçado, neste o comportamento será 
analisado e verificado se condis com o esperado, um gráfico relacionando a 
intensidade de luz com a resistência oferecida por ele também foi traçado. 
Como descrito pela fundamentação teórica o comportamento da potência 
luminosa é inversamente proporcional ao quadrado da distância, oque neste caso 
16 
 
geraria como resultado esperado o aumento da resistência oferecida pelo LDR com 
o aumento da distância, aumentando também a tensão sobre o mesmo 
proporcionalmente. 
Para a realização do mesmo teste anterior, porém com TSL251, a mesma 
resistência foi utilizada, a tensão foi medida através das entradas 1 e 3, a fonte de 
tensão DC foi ajustada para 5 V e a distância inicial foi medida de 30 até 60 cm, 
devido a grande sensibilidade do sensor que ficava saturado em distâncias menores, 
os dados de tenção e distância foram igualmente obtidos e os procedimentos com 
relação a análise serão os mesmos (traçar o gráfico e observar a relação entre a 
tenção e a distância da fonte de luz nele exposta e um outro gráfico que relacione a 
intensidade de luz que chega com a fotocorrente produzida). 
Neste caso, visto que se trata de um fotosensor, o resultado esperado é que 
com a maior incidência de luz, haja uma contribuição da fotocorrente gerada e, 
portanto uma diminuição da tensão conforme se afasta a fonte de luz.
17 
 
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 Os dados referentes à tensão, à distância e a média das distâncias com a luz 
acesa e apagada, no experimento com o LDR, foram coletados calculados e podem 
ser visualizados na tabela 1. 
Tabela 1: Tensões, distancia e média das distâncias coletadas no experimento com o LDR através do 
multímetro, da régua e calculadas. 
Distância 
(cm) 
Tensões com 
luz acesa V(1) 
Tensões com 
luz acesa V(2) 
Tensões com 
luz acesa V(3) 
Média das 
tensões 
Tensões com 
luz apagada V 
0 0,07 0,07 0,08 0,07 0,08 
1 0,34 0,32 0,25 0,30 0,29 
2 0,58 0,58 0,58 0,58 0,55 
3 0,85 0,85 0,78 0,83 0,83 
4 1,13 1,11 1,07 1,10 1,10 
5 1,38 1,43 1,35 1,39 1,43 
6 1,61 1,67 1,59 1,62 1,70 
7 1,92 1,94 1,86 1,91 1,97 
8 2,18 2,17 2,13 2,16 2,24 
9 2,40 2,36 2,28 2,30 2,52 
10 2,65 2,66 2,51 2,61 2,83 
11 2,88 2,82 2,67 2,79 3,04 
12 3,08 3,07 2,88 3,01 3,31 
13 3,20 3,19 3,05 3,14 3,57 
14 3,39 3,42 3,23 3,35 3,79 
15 3,58 3,60 3,38 3,52 4,02 
16 3,70 3,69 3,53 3,64 4,25 
17 3,90 3,70 3,85 3,82 4,43 
18 4,00 4,07 3,96 4,01 4,59 
19 4,11 4,17 3,98 4,09 4,80 
20 4,22 4,30 4,11 4,21 4,90 
18 
 
21 4,30 4,43 4,23 4,32 5,10 
22 4,46 4,52 4,43 4,47 5,30 
23 4,53 4,70 4,52 4,58 5,40 
24 4,80 4,75 4,64 4,73 5,55 
25 4,88 4,93 4,79 4,87 5,75 
26 4,90 4,95 4,80 4,88 5,83 
27 5,00 5,00 5,00 5,00 5,96 
28 5,20 5,08 5,03 5,10 6,07 
29 5,3 5,16 5,18 5,21 6,18 
30 5,4 5,26 5,23 5,29 6,27 
 
É possível verificar através da tabela 1 que há um visível aumento na tensão 
conforme a fonte de luz é afastada, isso se deve ao aumento da resistência do LDR, 
visto que ao incidir luz com mais intensidade, a interação entre fótons e elétrons 
diminui a resistência oferecida pelo mesmo e ao afastar a fonte de luz a resistência 
aumenta proporcionando maior tensão no circuito. 
 Através dos dados apresentados na tabela 1 foram traçadas duas curvas 
sobrepostas, a referente aos dados coletados com a luz ambiente acesa e a 
referente aos dados coletados sem a luz ambiente acesa, estas estão apresentadas 
no gráfico 1. 
 
 Gráfico 1: Tensões com relação a distância da fonte de luz com e sem luz ambiente. 
0 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
0 5 10 15 20 25 30 35 
T
e
n
s
ã
o
 [
v
] 
Distancia [cm] 
Tensão Média Tensão (Luz apagada)
19 
 
 É visível a partir do gráfico, em ambos os casos, um comportamento de 
tendência a se estabilizar, isso se deve a pouca captação de luz pelo LDR, o que 
ocasiona em uma resistividade quase constante propiciando este comportamento 
para o gráfico. 
 Um fator bem interessante de se notar é que a princípio os gráficos 
encontram-se sobrepostos, visto que quando a fonte de luz está muito próxima, a 
intensidade de luz ambiente quase não causa interferência, porém ao aumentarmos 
a distância a diferença entre uma curva e outra torna-se cada vez mais evidente, 
visto que a luz ambiente proporciona uma interferência constante diminuindo a 
resistência oferecida pelo LDR, e portanto a tensão sobre o mesmo. 
 Através da lei de ohm, do divisor de tensão e do conhecimento do valor da 
resistência que está associada em série com o LDR torna-se possível o calculo da 
resistência oferecida pelo mesmo através das tensões oferecidas para cada 
intensidade de luz, e como a intensidade de luz é proporcional ao quadrado do 
inverso da distância é possível construir uma tabela com os valores de resistência 
oferecida pelo LDR e de intensidade de luz que chega ao mesmo. 
A partir da equação: 
 
 
; isolando a resistência desejada obtemos: 
 
 
 
 (5) 
 
 Sendo possível através desta fórmula, calcular a resistência oferecida pelo 
LDR. 
 Por sua vez para determinar a intensidade de luz utiliza-se da fórmula: 
 
 
 
 (6) 
Visto que não é possível obter o valor da potência analisaremos: 
 
 
 
 
 
 (7) 
 
 
 
 
20 
 
Tabela 2: Intensidade de luz e sua respectiva resistência oferecida pelo LDR calculadas. 
Intensidade de luz[1/m²] Resistência do LDR [Ω] (luz 
ambiente acesa) 
Resistência do LDR [Ω] (luz 
ambiente apagada) 
795,775 309 298 
198,943 615 582 
88,419 905 905 
49,735 1235 1235 
31,831 1614 1668 
22,104 1933 2048 
16,240 2360 2453 
12,433 2755 2886 
9,824 2987 3368 
7,957 3531 3947 
6,576 3869 4367 
5,526 4306 4947 
4,708 4577 5552 
4,060 5037 6103 
3,536 5432 6722 
3,108 5723 7391 
2,753 6181 7953 
2,456 6694 8484 
2,204 6920 9230 
1,989 7271 9607 
1,804 7605 10408 
1,644 8083 11276 
1,504 8450 11739 
1,381 8975 12471 
1,2739493 13529 
1,177 9531 13980 
1,091 10000 14752 
1,015 10408 15445 
0,946 10876 16178 
0,884 11231 16809 
21 
 
 Através da tabela é possível verificar um comportamento da intensidade de 
luz e da resistência oferecida pelo LDR como o previsto, os valores de intensidade 
em função da distância diminuem, cada vez menos, tendendo a zero e os da 
resistência aumentam, cada vez menos, tendendo ao valor de resistência máxima 
oferecida pelo LDR. 
 Por meio da tabela é possível formar um gráfico correlacionando as 
informações nela presente, onde a intensidade de luz fica no eixo das abscissas e 
os valores de resistência no eixo das ordenadas. 
 
 
Gráfico 2: Resistência em função da Intensidade luminosa. 
Ao visualizar o gráfico, observamos um comportamento assintótico tanto 
horizontalmente quanto verticalmente, sendo este comportamento coincidente com o 
da intensidade de luz sobre o LDR, a interferência causada entre a presença da luz 
ambiente também se torna evidente neste gráfico sendo quase inexistente para os 
valores em que a intensidade de luz que chega ao LDR é alta, isso ocorre pelo fato 
da luz ambiente captada pelo sensor ser constante e, portanto, irrisória quando a 
intensidade de luz sobre o mesmo está alta. 
 A tabela 3 apresenta os dados obtidos de forma similar à da tabela 1, porém 
com relação ao experimento que utiliza o TSL251. 
 
 
 
22 
 
Tabela 3: Tensões e distância coletadas no experimento com o TSL251 através do multímetro e da 
régua. 
Distância [cm] Tensão com luz [V] Tensão sem luz [V] 
1 3,79 2,08 
2 3,76 1,98 
3 3,77 1,87 
4 3,77 1,77 
5 3,73 1,68 
6 3,62 1,59 
7 3,55 1,43 
8 3,54 1,38 
9 3,39 1,31 
10 3,35 1,23 
11 3,25 1,18 
12 3,21 1,12 
13 3,12 1,07 
14 3,11 1,02 
15 3,09 0,98 
16 3,07 0,95 
17 3,00 0,90 
18 2,94 0,89 
19 2,90 0,86 
20 2,88 0,83 
21 2,83 0,81 
22 2,68 0,79 
23 2,63 0,77 
24 2,57 0,76 
25 2,54 0,74 
26 2,52 0,70 
27 2,50 0,70 
28 2,48 0,70 
29 2,47 0,68 
30 2,49 0,68 
23 
 
 Como descrito (no tópico 3.2 procedimento experimental), o comportamento 
previsto pela teoria foi observado, sendo visível, em ambos os casos (mais de 1 volt) 
a queda de tensão ocasionada pela perda de potência da luz recebida pelo 
fotosensor em relação a distância a qual ela é emitida. 
 Gráfico 3: Tensão em função da distância. 
 O comportamento relacionado a este gráfico exibe de maneira muito mais 
direta a potência luminosa, visto que a diminuição da tensão está diretamente 
relacionada a diminuição da fotocorrente. 
 Devido a saturação do TSL251 ser mais baixa que a do LDR, e a 
sensibilidade oferecida por ele permitir maior precisão com relação à intensidade de 
luz, a diferença de um ambiente iluminado para um ambiente escuro demonstrou-se 
enorme, visto que as alterações nos dados coletados entre esses dois ambientes 
gerou uma diferença que chega a 360%. 
 Através da lei de ohm e do conhecimento do valor da resistência que está 
associada em série com o TSL251 assim como o valor de sua resistência interna, 
além do valor da intensidade de luz que chega a este é possível construir uma 
tabela com os valores da fotocorrente oferecida pelo TSL251 e da intensidade de luz 
que chega ao mesmo. 
A partir da Lei de Ohm isolando a corrente obtemos: 
 
 
 
 (8) 
0 
0,5 
1 
1,5 
2 
2,5 
3 
3,5 
4 
0 5 10 15 20 25 30 35 
T
e
n
s
ã
o
 [
V
] 
Distância [cm] 
Tensão com luz [V] Tensão sem luz [V]
24 
 
 (9) 
 Sendo possível através desta fórmula calcular a fotocorrente oferecida ( ) 
pelo fotosensor, visto que a corrente que passa pela resistência ( ) é a corrente que 
passaria nominalmente( ) subtraída da foto corrente( ). 
 Por sua vez para determinar a intensidade de luz utiliza-se do mesmo método 
anteriormente descrito. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
25 
 
Tabela 4: intensidade de luz e fotocorrente relacionada TSL251 calculadas. 
Intensidade de luz[1/m²] Fotocorrente [mA] (luz 
ambiente acesa) 
Fotocorrente [mA] (luz 
ambiente apagada) 
0,884 0,379 0,208 
0,828 0,376 0,198 
0,777 0,377 0,187 
0,730 0,377 0,177 
0,688 0,373 0,168 
0,649 0,362 0,159 
0,614 0,355 0,143 
0,581 0,354 0,138 
0,551 0,339 0,131 
0,523 0,335 0,123 
0,497 0,325 0,118 
0,473 0,321 0,112 
0,451 0,312 0,107 
0,430 0,311 0,102 
0,411 0,309 0,098 
0,392 0,307 0,095 
0,376 0,300 0,090 
0,360 0,294 0,089 
0,345 0,290 0,086 
0,331 0,288 0,083 
0,318 0,283 0,081 
0,305 0,268 0,079 
0,294 0,263 0,077 
0,283 0,257 0,076 
0,272 0,254 0,074 
0,263 0,252 0,070 
0,253 0,250 0,070 
0,244 0,248 0,070 
0,236 0,247 0,068 
26 
 
 Os resultados obtidos através desta tabela foram utilizados para plotar um 
gráfico relacionando a fotocorrente com a intensidade luminosa. 
 
 Figura 7: Gráfico da fotocorrente em função da intensidade luminosa. 
 É visível que como descrito na fundamentação teórica, a maior fotocorrente é 
obtida a partir da maior intensidade de luz, conforme a intensidade de luz diminui a 
fotocorrente também é diminuída proporcionalmente. 
 Novamente devido à sensibilidade do sensor houve grande interferência nos 
resultados obtidos devido à presença da luz ambiente, modificando drasticamente 
uma curva em relação à outra. 
27 
 
5. CONCLUSÃO 
 Primeiramente, foi possível determinar que o comportamento descrito na 
fundamentação teórica, tanto para a potência de luz quanto com relação ao 
funcionamento de fotodiodos e fotodetectores, nos permitiu supor um determinado 
comportamento que foi confirmado através da análise dos dados. 
 Através dos gráficos plotados, a interferência causada pela luz ambiente 
tornou-se algo perfeitamente visível e pode-se concluir que está é bem significativa, 
devido a alteração dos dados com relação a sala escura, chegando até mesmo mais 
que dobrar alguns dos valores obtidos. 
 Por meio do gráfico que relaciona a intensidade luminosa com a resistência 
oferecida pelo LDR, foi possível ver um comportamento assintótico com relação a 
ambos os eixos, como o previsto na teoria para a interação entre ambos 
(intensidade luminosa e resistência do LDR). 
 A partir do gráfico que relaciona a fotocorrente com a intensidade 
luminosa foi possível observar que quanto maior a intensidade luminosa for 
oferecida ao sensor maior será a corrente produzida por ele, condizendo com a 
teoria sobre o comportamento do mesmo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
28 
 
6. REFERÊNCIAS 
 MALVINO, Albert Paul. Eletrônica: Vol. 1. Makron, São Paulo, 1997. 
 HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; KRANE, Kenneth S. Física. Vol. 
3 . Grupo Gen-LTC, 2000. 
 YOUNG, H. D.; FREEDMAN, R. A. Sears e Zemansky-Física III-
Eletromagnetismo, 10a Edição. 2004. 
 Schmidt, Walfredo - Materiais elétricos: condutores e semicondutores 
3. ed. rev. e. ampl. São Paulo: Bluecher, volume 1, 2010. 
 Compu Phase - Candela, Lumen, Lux: the equations. Acessado em 4 
de maio, 2018. Disponível em: < 
https://www.compuphase.com/electronics/candela_lumen.htm#LUMEN
> 
 Instituto Newton C. Braga - Como funcionam os foto-diodos 
(ART1181). Acessado em 4 de maio, 2018. Disponível em: 
http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/4715-
art1181. 
 Instituto Newton C. Braga - Diodos Semicondutores (ALM296). 
Acessado em 4 de maio, 2018. Disponível em: 
http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/almanaque-tecnologico/7410-diodos-semicondutores-alm296. 
 Instituto Newton C. Braga - LDRs (Light Dependent Resistors) 
(ALM332). Acessado em 4 de maio, 2018. Disponível em: 
http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/almanaque-
tecnologico/201-l/7547-ldr-alm332