Circuito con LDR y transistor: la farola automática

El circuito con LDR y transistor de la farola automática: el esquema pieza a pieza, por qué funciona y un laboratorio para montarlo.

Un circuito con LDR y transistor enciende una luz cuando oscurece sin que nadie toque nada. La LDR detecta la luz, el transistor decide y el LED se enciende. Con una pila de 9 V, una resistencia de 100 kΩ, otra de 470 Ω, una LDR y un transistor NPN ya tienes tu farola automática.

⏱ 9 min · Por Jaime Aniorte, profesor de Tecnología

La farola de tu calle no la enciende nadie

Al anochecer, las farolas se encienden solas. Las luces del jardín de muchas casas, también. Y la luz del portal, o las persianas que bajan cuando el sol aprieta. No hay nadie pulsando un interruptor: hay un circuito que nota cuánta luz hay y decide.

Eso, en grande, es la domótica: una casa con sensores (de luz, de temperatura, de presencia, de puertas), algo que decide (un controlador) y aparatos que obedecen (luces, persianas, calefacción, enchufes). Pero la domótica más sencilla del mundo cabe en la palma de la mano y no lleva ni un chip programable: una LDR, un transistor y un LED. Si entiendes este circuito, entiendes la idea que hay debajo de cualquier casa inteligente.

Las tres piezas: detecta, decide y actúa

Todo automatismo tiene tres partes, igual que un robot (lo explico con calma en sensor, control y actuador):

La LDR: una resistencia que «ve» la luz

LDR viene del inglés Light Dependent Resistor, resistencia que depende de la luz. Con mucha luz su resistencia baja; a oscuras, sube muchísimo. En el simulador va de 100 Ω a pleno sol a 1 MΩ (un millón de ohmios) a oscuras: diez mil veces más. Es un sensor analógico: no dice «sí» o «no», da un valor que cambia poco a poco. Lo tienes con los demás en tipos de sensores.

El transistor: un interruptor que se acciona con corriente

Un transistor NPN tiene tres patillas: base, colector y emisor. Funciona como un grifo: una corriente pequeñita que entra por la base deja pasar otra mucho más grande del colector al emisor. Si a la base no le llega casi nada, el grifo está cerrado (corte); si le llega de sobra, está abierto del todo (saturación).

En nuestra farola, a oscuras, por la base entran unos 0,083 mA (83 microamperios) y por el LED pasan 14,92 mA: unas 180 veces más. La señal pequeña manda sobre la grande, y eso es lo que hace tan útil al transistor.

El esquema, pieza a pieza

1. La rama de la base, la que decide: una resistencia Rb de 100 kΩ va del positivo de la pila a la base del transistor, y la LDR va de la base a masa (el negativo, los 0 V).
2. La rama del LED, la que actúa: del positivo, una resistencia Rc de 470 Ω, luego el LED y luego el colector del transistor.
3. El emisor, directo a masa.

La Rb y la LDR forman un divisor de tensión: dos resistencias en serie entre el positivo y masa que se reparten los 9 V. Se lleva más tensión la que tiene más resistencia. Y como una de las dos es la LDR, ese reparto cambia con la luz.

Qué pasa de noche

A oscuras la LDR vale 1 MΩ, diez veces más que la Rb de 100 kΩ. Así que la LDR «se queda» casi toda la tensión: la base recibe de sobra, el transistor conduce a tope y el LED se enciende con 14,92 mA.

Qué pasa de día

Con luz, la LDR baja a 100 Ω: ahora es ella la pequeña. La corriente que baja por la Rb prefiere irse por la LDR a masa antes que entrar en la base, porque es el camino fácil. La base se queda casi a 0 V, el transistor corta y el LED se apaga: 0,00 mA.

Por qué la LDR va hacia masa (y no arriba)

Es la pregunta que siempre cae y la primera fase del proyecto de la unidad. Si cambias de sitio la LDR y la Rb (la LDR arriba, del positivo a la base, y la resistencia de 100 kΩ abajo, de la base a masa), el circuito hace justo lo contrario:

Con la LDR arriba tienes un detector de luz: sirve para una alarma que salta cuando alguien abre un armario oscuro, pero no para una farola. La regla para recordarlo: en el divisor, el que está abajo decide cuándo se enciende. Si abajo hay algo que sube de valor a oscuras, como la LDR, la base sube a oscuras y la luz se enciende de noche.

Qué pasa si cambias la resistencia de base

Este es el experimento que convierte un circuito copiado en uno entendido. La Rb no es un número mágico: decide a qué nivel de luz se enciende la farola. Medido en el simulador, moviendo el mando de luz:

Dos conclusiones para llevarse:

• Rb pequeña, farola «miedosa»: se enciende en cuanto baja un poco la luz. Rb grande, farola «valiente»: espera a que esté muy oscuro. Si es demasiado pequeña no se apaga nunca, y si es demasiado grande la base no recibe bastante y el LED luce flojo.
• Con 470 Ω, la que trae el simulador al ponerla, la farola luce de día. Es el fallo más típico al montarla, y por eso el reto 11 del laboratorio ya obliga a usar una Rb grande.

No se apaga de golpe: la zona activa

Si mueves el mando de luz despacio verás que la farola no pasa de encendida a apagada en un clic. Entre el 40 % y el 55 % de luz va bajando poco a poco: 10,86 mA, 7,66 mA, unos 3 mA y, al final, nada. En ese tramo el transistor no está ni del todo abierto ni del todo cerrado: trabaja en zona activa, como un grifo a medio abrir.

En una farola de verdad eso sería un problema: al atardecer luciría a medias un buen rato, o parpadearía con cada nube. Por eso los interruptores crepusculares que se venden para farolas y jardines añaden un circuito que decide «de golpe» y con un margen. La idea de fondo, sin embargo, es la misma que la de tu protoboard.

Cómo montarlo en el simulador (reto 12)

El laboratorio de electrónica es un simulador de protoboard online: pinchas las piezas en la placa, las unes con cables y ves en tiempo real la corriente de cada componente. Su reto 12, «Alumbrado automático», es exactamente este circuito y se corrige solo: comprueba que a oscuras el LED luce y que con luz de día se apaga.

1. Abre el reto 12 con el botón de arriba: ya carga su lista de comprobación.
2. Coloca el transistor NPN y fíjate en el orden de sus patillas: colector, base y emisor.
3. Pon la Rb de 100 kΩ del raíl positivo a la base. No te quedes con los 470 Ω que trae al ponerla: con ellos la farola no se apaga nunca.
4. Pon la Rc de 470 Ω y el LED del positivo al colector, y el emisor al raíl negativo.
5. Coloca la LDR de la base al raíl negativo.
6. Mueve el mando de luz de 100 % a 0 %. Con el polímetro, mide la corriente del LED en cinco puntos y apunta a qué porcentaje se apaga.
7. Experimenta: cambia la Rb por una de 47 kΩ y por otra de 220 kΩ y comprueba la tabla de arriba. Luego intercambia la LDR y la Rb y mira cómo la farola se vuelve un detector de luz.

Para comparar, el reto 4 pone la LDR en serie con el LED, sin transistor: ahí el LED luce con luz y se apaga al taparla, lo contrario que la farola. Y si llegas sin saber qué hace la base, empieza por el reto 11, el transistor como interruptor.

Cuando funcione en pantalla, falta lo que el simulador te perdona: en la protoboard de verdad, la patilla larga del LED es el ánodo (hacia el +), y el transistor tiene sus patillas en un orden fijo que depende del modelo: míralo en su hoja de datos antes de pincharlo.

Más allá de la farola: de este circuito a la casa domótica

Cambia el sensor y tienes otros automatismos con el mismo esquema:

• Una NTC en lugar de la LDR (su resistencia baja con el calor): un aviso que se enciende cuando algo se calienta. Es el reto 5 del laboratorio.
• Un relé en lugar del LED: el mismo transistor ya puede encender una bombilla de verdad, un ventilador o el motor de una persiana.
• Un microcontrolador en lugar del transistor (Arduino, micro:bit): el «decide» pasa a ser un programa, y puedes añadir horarios, varios sensores o el móvil. Eso ya es domótica con todas las letras, y se trabaja en la unidad de robótica.

Y una razón para que merezca la pena: de día, con el LED apagado, el circuito gasta menos de un milivatio (lo que se va por la Rb y la LDR). Multiplicado por todas las farolas de un pueblo, encender solo cuando hace falta es ahorro de verdad: el sensor es el ahorro.

Preguntas frecuentes

¿Cómo funciona un circuito con LDR y transistor?

La LDR y una resistencia fija forman un divisor de tensión que alimenta la base del transistor. A oscuras la LDR tiene mucha resistencia, la base recibe tensión, el transistor conduce y el LED se enciende. Con luz, la LDR baja de valor, se lleva la corriente de la base a masa y el transistor corta.

¿Qué es una LDR?

Una resistencia que cambia con la luz (Light Dependent Resistor): con mucha luz vale poco, unos cientos de ohmios, y a oscuras vale mucho, hasta un millón de ohmios. Es un sensor analógico de luz.

¿Qué resistencia se pone en la base del transistor con una LDR?

Con una pila de 9 V, una de 100 kΩ funciona bien: la farola se apaga hacia la mitad de la luz. Con 47 kΩ se enciende antes; con 220 kΩ, más tarde y más floja. Con 470 Ω no se apaga nunca, porque la LDR no consigue robarle la corriente a la base.

¿Por qué la LDR se pone entre la base y masa?

Porque así, a oscuras, cuando la LDR tiene mucha resistencia, la tensión de la base sube y el transistor conduce. Si se pone entre el positivo y la base, el circuito hace lo contrario: enciende el LED con luz y lo apaga a oscuras.

¿Por qué mi farola automática luce también de día?

Lo más probable es que la resistencia de base sea demasiado pequeña, por ejemplo de 470 Ω: entra tanta corriente que la LDR, aunque baje a 100 Ω, no consigue desviarla toda. Cámbiala por una de unos 100 kΩ. También puede ser que a la LDR no le llegue la luz, o que le llegue la del propio LED.

¿Qué transistor se usa para una farola automática?

Cualquier transistor NPN de uso general, de los que vienen en los kits escolares, sirve, porque el LED solo necesita unos 15 mA. Lo importante es identificar bien la base, el colector y el emisor en su hoja de datos, porque cada modelo las ordena a su manera.

¿Qué es un divisor de tensión?

Dos resistencias en serie entre el positivo y masa que se reparten la tensión de la pila: se lleva más la que tiene más resistencia. Si una de las dos es un sensor, como la LDR, el reparto cambia con lo que mide, y el punto del medio sirve de señal.

¿Esto es domótica?

Es su versión más sencilla: un automatismo que detecta (la LDR), decide (el transistor) y actúa (el LED) sin que nadie intervenga. Una casa domótica hace lo mismo con más sensores, un controlador programable y conexión a internet.

Para seguir: la cadena de sensor, control y actuador está en sensor, control y actuador; las cuentas de corriente, en la ley de Ohm; y el valor de cada resistencia por sus bandas, en el código de colores de resistencias. La unidad de electrónica tiene el tema completo y la farola como proyecto.