o fotodíodo

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

O fotodíodo é polarizado inversamente
O fotodíodo é polarizado inversamente aproveitando a variação da corrente inversa que se verifica quando a luz incide nele.

A energia luminosa incidente sobre a lente do fotodíodo

A energia luminosa incidente sobre a lente do fotodíodo

A energia luminosa incidente sobre a lente do fotodíodo concentra-se na junção PN e cria pares lacuna – electrão, dando origem a uma corrente, na presença de uma tensão.

Curva característica típica de um fotodíodo.

Curva característica típica de um fotodíodo.

Para uma mesma tensão inversa de polarização, a corrente inversa aumenta de valor ao aumentar o fluxo luminoso incidente.

Quando incide luz no fotodíodo, a corrente inversa varia quase linearmente com o fluxo luminoso.

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

FOTO-TRANSÍSTOR
Um foto-transístor nada mais é do que um transístor bipolar comum com as suas junções semicondutoras PNP ou NPN

o foto-transístor sob luz forte ele age como um transístor comum com a base fortemente polarizada

o foto-transístor sob luz forte ele age como um transístor comum com a base fortemente polarizada
As suas principais características são o ângulo de captação, a potência que podem dissipar (os foto-transístores são dispositivos de baixa potência), a máxima tensão colector – emissor e a corrente de colector “no escuro”, que são representadas por Vceo e Iceo respectivamente, a corrente de colector a plena luminosidade (ICA), bem como os tempos de comutação.

O OPTOACOPLADOR

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)

Ânodo (A) - cátodo (K) - colector (C) – emissor (E) - base (B)
Para uma tensão colector (C) – emissor (E) constante, quanto maior for a corrente directa (IF) no led, maior será a sua intensidade luminosa

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.

Disparo de um SCS através de um fotoacoplador.
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.

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.

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Tipos de tirístores: SCR (Rectificador Controlado de Silício), Foto SCR, GTO (Gate Turn Off), SCS (Silicon Controlled Switch).

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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.

terça-feira, 5 de outubro de 2010

FIBRAS ÓPTICAS

O sinal luminoso é transmitido para a fibra óptica sob a forma de impulso '0'/'1' representando uma sequência de símbolos binários. As ondas passam através do núcleo do cabo, que é coberto por uma camada chamada cladding. A refracção do sinal é cuidadosamente controlada pelo desenho do cabo, os receptores e os transmissores. O sinal luminoso não pode escapar do cabo óptico porque o índice de refracção no núcleo é superior ao índice de refracção do cladding. Deste modo, a luz viaja através do cabo num caminho todo espelhado.
Os transmissores ópticos são responsáveis por converter os sinais eléctricos em sinais ópticos que irão circular na fibra. A fonte óptica é modulada pela intensidade do sinal, através da variação da corrente eléctrica injectada no gerador óptico. A fonte óptica é um semicondutor que pode ser o laser ou um led.
Os detectores de luz também chamados de foto detectores são responsáveis pela conversão dos sinais ópticos recebidos da fibra em sinais eléctricos correspondentes aos originais que são usados no terminal, computador ou modem. Os detectores mais utilizados são os fotodíodos (PIN - diode P-type, Intrinsic, N-type e APD - Avalanche Photo Diode).

A fibra óptica tem muitas vantagens, qual achas que é mais importante?