Electrónica analógica - optoelectrónica e controlo
Acerca de mim
FOTO-DÍODO
Este módulo foi muito interessante porque o Professor Ribeiro com os seus imensos conhecimentos e muita pratica de electrónica, me ensinou a conhecer o funcionamento de alguns componentes electrónicos e a sua utilidade na nossa vida prática, por exemplo o fotodíodo é o que faz funcionar os sistemas de segurança anti-roubo, a abertura automática de portas e a regulação automática de contraste e brilho na TV.
O fotodíodo é um díodo semicondutor no qual a corrente inversa varia com a iluminação que incide sobre a sua junção PN.
A corrente que existirá sem nenhuma iluminação aplicada é geralmente da ordem dos 10 micro Amperes, nos fotodíodos de germânio e de 1 micro Ampere nos fotodíodos de silício. O nível de corrente gerada pela luz incidente sobre um fotodíodo não é suficiente para que ele possa ser usado num controle directo, sendo necessário para isso que haja uma etapa de amplificação.
O fotodíodo é polarizado inversamente
A energia luminosa incidente sobre a lente do fotodíodo
Curva característica típica de um fotodíodo.
Um foto-transístor nada mais é do que um transístor bipolar comum
São em tudo semelhantes aos transístores bipolares convencionais, excepto pelo facto dos foto-transístores possuírem uma abertura ou janela para a incidência da luz e poderem ter ou não o terminal de base. Alguns modelos dispõem de terminal de base, o que permite um melhor controlo do dispositivo. O foto-transístor polariza-se da mesma forma que um transístor bipolar convencional, embora agora a corrente de colector não seja controlada pela corrente de base, mas sim, pela intensidade de luz incidente na junção base – colector, polarizada inversamente. Um foto-transístor nada mais é do que um transístor bipolar comum com as suas junções semicondutoras PNP ou NPN, porém com uma janela ou abertura no invólucro, de modo a facilitar a entrada de luz sobre a pastilha de silício. A luz vai agir sobre as junções internas do transístor, exactamente como se fosse uma corrente de base, incrementado a condução entre o colector e o emissor na razão directa da intensidade da luz. Isso quer dizer que, no seu percurso colector/emissor, um foto-transístor mantido na escuridão é como um transístor bipolar comum não polarizado. Por outro lado, com o foto-transístor sob luz forte ele age como um transístor comum com a base fortemente polarizada. Para além do processo de geração de portadores de carga eléctrica através da incidência de luz, no foto-transístor aproveitam-se as propriedades de amplificação de um transístor (assim, os foto-transístores apresentam uma grande sensibilidade em comparação com os fotodíodos).
FOTO-TRANSÍSTOR
o foto-transístor sob luz forte ele age como um transístor comum com a base fortemente polarizada
Um optoacoplador combina um dispositivo semicondutor formado por um fotoemisor
Um optoacoplador combina um dispositivo semicondutor formado por um fotoemisor, um fotoreceptor e a transmissão do sinal luminoso entre o emissor e o receptor é feita por um caminho óptico interno. Os fotoemissores que se empregam nos optoacopladores são díodos que emitem raios infravermelhos (IRED) e os fotoreceptores podem ser o foto-transístor, o foto-díodo, o foto-darlington, o foto-triac e o LASCR (Light Activated SCR).
Todos estes elementos encontram-se dentro de um encapsulamento que geralmente é do tipo DIL/DIP.
Quando é aplicada uma tensão aos terminais do díodo IRED, este emite uma luz de raios infravermelhos que é transmitida ao fotoreceptor. A energia luminosa que incide sobre o fotoreceptor faz com que este gere uma tensão eléctrica na sua saída. A maioria dos acopladores utiliza um foto-transístor como receptor da luz irradiada pelo elemento emissor pelo facto da boa sensibilidade do foto-transístor exigir pouca ou nenhuma amplificação, para a maioria das aplicações. Para uma tensão colector (C) – emissor (E) constante, quanto maior for a corrente directa (IF) no led, maior será a sua intensidade luminosa, logo maior a corrente de base no foto-transístor o que acarreta uma maior corrente no seu colector.
O sinal de entrada é aplicado ao fotoemissor (led) e a saída é retirada do fotoreceptor (foto-transístor). Os optoacopladores são capazes de converter um sinal eléctrico num sinal luminoso modulado e voltar a converte-lo num sinal eléctrico A grande vantagem de um optoacoplador reside no isolamento eléctrico que pode estabelecer-se entre os circuitos de entrada e saída.
Ânodo (A) - cátodo (K) - colector (C) – emissor (E) - base (B)
Acopladores
Os foto-diodos possuem velocidades de resposta elevada, sendo os acopladores ópticos baseados nele ideais para a transmissão de dados a alta velocidade. No entanto, a baixa sensibilidade dos foto-diodos exige uma grande amplificação dos sinais obtidos na saída dos acopladores desse tipo.
Quando o fotoreceptor é um foto-darlington o ganho é ainda mais alto, facilitando a excitação de dispositivos e circuitos que exijam maior corrente, no entanto, a velocidade de resposta é inferior à dos foto-transístores comuns. Acopladores com foto-darlington são recomendados para aplicações de baixa velocidade.
Disparo de um SCS através de um fotoacoplador.
A grande vantagem de um optoacoplador reside no isolamento eléctrico que pode estabelecer-se entre os circuitos de entrada e saída.
Um exemplo de aplicação dos acopladores é o controle de motores ou outras cargas AC. Como uma indução AC num circuito lógico pode ocasionar uma série de problemas, o motor e o circuito lógico de controlo devem estar electricamente isolados. Microcomputadores também actuam em circuitos analógicos, sobretudo de potência, através de circuitos de interface com acopladores ópticos.
LCD (Display de Cristais Líquidos)
O LCD (Liquid Cristal Display) não emite nem recebe luz, no entanto utiliza-a polarizando-o de forma que se tornam visíveis legendas quando se excitam electricamente determinadas zonas do dispositivo.
O ecrã de cristal líquido foi substituído o display de sete segmentos com leds, especialmente em dispositivos e representação alfanumérica e em equipamentos portáteis, pois o LCD tem duas vantagens muito grandes, o baixo consumo e a melhoria do contraste ao aumentar a luz ambiente.
O ecrã de cristais líquidos é formado por uma camada muito fina de cristal líquido, situada entre duas superfícies planas de cristal sobre as quais são aplicados uns polarizadores ópticos que apenas permitem a transmissão da luz segundo um plano horizontal ou vertical. A superfície inferior das duas placas de cristal está coberta de uma camada condutora transparente constituindo os eléctrodos. Uma d.d.p. aplicada entre elas cria um campo eléctrico que faz mudar a orientação das moléculas do cristal líquido. A camada de cristal líquido tem uma estrutura molecular cristalina que é capaz de mudar sob a influência de um campo eléctrico. Segundo a direcção em que se organizam as moléculas, a camada de cristal líquido torna-se transparente ou reflectora, tornando visíveis determinadas zonas.
Constituição
Uma fibra óptica é constituída por sílica (dióxido de silício) ou plástico em forma cilíndrica, transparente e flexível, de dimensões microscópicas comparáveis às de um fio de cabelo. Esta forma cilíndrica é composta por uma zona central com um elevado índice de refracção, chamado núcleo (core), e uma zona periférica onde o índice de refracção é menor, chamado casca (cladding). Tipos de fibras ópticas
Genericamente podemos considerar dois tipos de fibras
ópticas: monomodo e multimodo. Fibras monomodo
Quanto mais fino é o núcleo da fibra, menos sensível é à diferença do trajecto entre os diferentes modos de propagação de luz. Se as dimensões do núcleo não ultrapassar alguns microns (1 m = 10-6 m) apenas há um modo de propagação. Estas fibras têm maior capacidade de transmissão que as do tipo multimodo. É a solução ideal ara uma largura de banda quase infinita (> 10 GHz.km).
Contudo, o equipamento necessário é mais caro que o equipamento dos sistemas multimodo. Esta fibra óptica possui grande utilização nos sistemas telefónicos.
A fibra óptica tem muitas vantagens. Ela pode garantir larguras de banda muito mais largas do que o cobre. Apenas essa característica justificaria o seu uso nas redes de última geração. Devido à baixa atenuação, os repetidores só são necessários a cada 30Km de distância, o que em comparação com o cobre, representa uma economia significativa. A fibra óptica também tem a vantagem de não ser afectada por picos de voltagem, interferência magnética ou quedas no fornecimento de energia. Ela também está imune à acção corrosiva de alguns elementos químicos que pairam no ar e, consequentemente, adapta-se muito bem a áreas industriais.
Por exemplo, um cabo de dois fios tem um parâmetro de distância de largura de banda de 1Mhz/Km, um cabo coaxial tem 20 Mhz/Km, e a fibra óptica tem 400 Mhz/Km. A razão para que a fibra óptica seja melhor do que o cobre é inerente às questões físicas subjacentes a esses dois materiais. Quando os electrões se movem dentro de um fio, eles afectam-se uns aos outros e, além do mais, são afectados pelos electrões existentes fora do fio. Os fotões de uma fibra não se afectam uns aos outros (não têm carga eléctrica) e não são afectados pelos fotões dispersos existentes do lado de fora da fibra. Utilização
As fibras ópticas são utilizadas em muitos e diversificados sectores tais como os operadores de telecomunicações, as infraestruturas de transporte (auto-estradas e caminhos de ferro), os distribuidores de programas de TV, em grandes redes industriais, em redes informáticas e em redes militares.
Vantagens
Na construção e exploração das redes e telecomunicações, a fibra óptica apresenta imensas vantagens, tais como grande capacidade de transmissão, insensibilidade às perturbações electromagnéticas, atenuações muito reduzidas, permitindo ligações e dezenas de quilómetros sem amplificadores, cabos com diâmetros menores, mais leves e flexíveis, o que conduz a uma diminuição dos custos de colocação e montagem.
Desvantagens
Fragilidade das fibras ópticas: deve-se ter cuidado ao trabalhar com as fibras ópticas pois elas partem com facilidade. Dificuldade de ligações das fibras ópticas: por serem de pequeníssima dimensão, exigem procedimentos e dispositivos de alta precisão na realização de ligações e junções. Alto custo de instalação e manutenção. As interfaces de fibra óptica são mais caras do que as interfaces eléctricas.
No entanto, todos sabemos que o futuro das comunicações de dados em distâncias significativas pertence à fibra óptica.