Sensores y actuadores 1

FOTOTRANSISTOR
Un fototransistor es, en esencia, lo mismo que un transistor normal, solo que puede trabajar de 2 maneras diferentes:
- Como un transistor normal con la corriente de base (IBn), modo normal.
- Como fototransistor, cuando la luz que incide en este elemento hace las veces de
corriente de base. (Ië), (modo de iluminación).
Se pueden utilizar las dos en forma simultánea,
aunque el fototransistor se utiliza principalmente con el
terminal de la base sin conectar, (IB = 0), incluso en algunos
fototransistores no esta disponible dicho terminal.

El fototransistor es muy utilizado para aplicaciones
donde la detección de iluminación es muy importante. Como
el fotodiodo, tiene un tiempo de respuesta muy corto, solo
que entrega una corriente eléctrica mayor.

GENERALIDADES SOBRE FOTODIODOS Y FOTOTRANSISTORES
Los fotodiodos y fototransistores de silicio son
sensibles en la zona de 400 nm hasta 1100 nm.
Dado que la mayor sensibilidad está en los 880 nm, los rayos
infrarrojos pueden ser detectados especialmente bien por los
componentes de silicio.
Fotodiodos y fototransistores se pueden suministrar en
resina de epoxi negra, la cual reduce la sensibilidad en el espectro visible. Lo que define las propiedades de sensibilidad al espectro de un fotodiodo (o de un
fototransistor) es el material semiconductor que se emplea en la construcción. Los fotodiodos están
construidos de silicio, sensible a la luz visible (longitud de onda de hasta 1,1?m), de germanio para luz
infrarroja (longitud de onda hasta aproximadamente 1,8 ?m), y los hay de otros materiales semiconductores.

MODOS DE DETECCION DE LOS SENSORES FOTOELECTRICOS
Este tipo de sensores generalmente incorporan un circuito que permite la activación de sensores por
la presencia o por la ausencia del objeto, a estos modos se les denomina Light ON (activación por luz) y
Dark ON (activación por oscuridad).
- Light ON (Activación por Luz)
El objeto por si mismo debe reflejar el haz de luz al lente del receptor.

- Dark ON (Activación por Oscuridad)
El objeto debe romper o disminuir un haz de luz existente entre la fuente de luz y el lente receptor.

OPTOACOPLADORES
Cuando se Combina una fuente óptica (generalmente un led) con algún tipo de detector óptico
(generalmente un semiconductor de si) en un solo encapsulado, el dispositivo resultante se llama
optoacoplador u optointerruptor.
Esta estructura produce un elemento que permite el acoplamiento de señales dos tipos de circuitos
electrónicos independientes y totalmente aislados entre si, según el encapsulado de estos dispositivos
pueden tener un aislamiento hasta de 3500 V.

TIPOS DE OPTOACOPLADORES
- Encapsulado típico con vías de transmisión luminosa

- Encapsulado típico con vías de transmisión reflejada (sensor de objetos)

- Encapsulado típico con camino de aire para la transmisión de la luz (interruptor óptico de límite
rasurado)

El acoplador óptico es un dispositivo que ofrece a los diseñadores electrónicos una mayor libertad
para diseñar circuitos y sistemas. La operación esta basado en la detección de luz emitida. La entrada del
acoplador esta conectada a un emisor de luz y la salida es un fotodetector. Los dos elementos están
separados por un aislante transparente y dentro de un empaque que lo aísla de la luz exterior. Hay muchos
tipos de acopladores ópticos, todos ellos tienen una fuente de luz infrarroja (LED), pero el detector puede
ser: fotodiodo, fototransistor, LASCR, etc.

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS
- RELACIÓN DE TRANSFERENCIA DE CORRIENTE (CURRENT TRANSFER RATIO) (CTR)
La razón de transferencia de corriente (CTR) es la razón de la corriente de entrada a la corriente de
salida en un optoacoplador (a una alimentación específica), y se suele representar por ç o,
simplemente, CTR. Este valor depende de la eficiencia del diodo emisor y el espaciamiento entre los
elementos de entrada y de salida. Además otros factores, como la temperatura y la frecuencia de
trabajo pueden alterar este parámetro. Por ello, las hojas de datos que brinda el fabricante contienen
gráficos que muestran dichas variaciones.

- AISLAMIENTO ENTRADA-SALIDA
Tensión de aislamiento: es la diferencia de potencial que se puede separar con seguridad. Viene dada en
KVrms (por ejemplo 3500). Existen dos tipos: tensión de ensayo de aislamiento (tensión máxima admisible
instantánea) y tensión nominal de aislamiento (tensión máxima admisible permanente)
Resistencia de aislamiento: es la resistencia en continua entre la entrada y la salida. Típicamente tiene
un valor de alrededor de los 1011Ù.
- VELOCIDAD DE RESPUESTA
Se suele diferenciar entre conmutación en modo saturado y no saturado:
Modo saturado: el transistor conmuta entre corte y saturación
Modo no saturado: el transistor conmuta entre saturación y corte.

PRINCIPIO DE OPERACIÓN
Cuando se aplica un voltaje de polarización directo en las terminales de entrada del led se establece
una corriente de entrada, IIN, limitada por una resistencia en serie Rs. La corriente produce una emisión de
luz infrarroja cuya longitud de onda es cercana a los 900 nanómetros, la cual incide sobre el detector.

SALIDA FOTO DIODO
Con la luz incidiendo sobre el foto diodo en la figura, sus características fotovoltaicas crearán una
corriente IL o Iout, la cual fluirá en el diodo, con una resistencia de carga RL conectada a las terminales del
acoplador, la corriente desarrollará un voltaje VL a través de la carga VL = Iout x RL.
Conforme la señal de entrada, Vin varía la intensidad de la luz infrarroja. La corriente de salida Iout,
también cambiará causando que el voltaje de salida VL cambie de la misma manera. Como la corriente de
salida se incrementa, el voltaje de salida también y viceversa. Un pequeño cambio de la corriente de entrada
producirá un cambio proporcional en la corriente de salida. Esta característica del opto acoplador servirá
para acoplar señales de bajo voltaje análogas o de DC, prácticamente sin distorsión o muy poca.

SALIDA FOTO TRANSISTOR
Dado que el CTR de un opto acoplador con
una salida de foto diodo es muy bajo (10 al 15 %)
un método que se prefiere es reemplazar el foto
diodo con un foto transistor bipolar. El transistor
bipolar con su inherente ganancia de corriente, â,
proveerá una considerable aumento en el CTR
(alrededor de 50 al 100%) dependiendo de la beta del foto transistor.
El terminal de base del transistor se puede invertir en polaridad para reducir la sensibilidad, o
polarizar directamente para incrementar la misma o simplemente dejarla flotada.

SALIDA FOTO DARLINGTON
Si aun es necesario un CTR más alto, el transistor bipolar pede ser reemplazado por un transistor
Darlignton que sirva como detector en la sección de salida.
En los circuitos la corriente de salida Ic, del foto transistor simple o del foto Darlignton desarrollarán
un voltaje VL a través de la resistencia de carga RL. Este voltaje es el producto de la corriente de salida Ic y
la resistencia de carga RL.El opto acoplador puede ser operado o bien como un amplificador lineal o bien como un switch
digital, dependiendo del voltaje de polarización aplicado a la base del transistor.

SALIDA FOTO SCR
Si la salida de un optoacoplador es un foto SCR, la función de este es conmutar la parte positiva de
un voltaje de AC a través de la carga, operando bajo los mismos principios que un SCR ordinario.
La corriente de la compuerta del SCR se logra a través de una acción fotovoltaica producida por una
luz infrarroja incidiendo sobre la compuerta del SCR mientras que se mantiene el aislamiento de los
circuitos de entrada y salida del optoacoplador.Se puede utilizar un voltaje de DC en la entrada causando que la salida se amarre en encendido
cuando el SCR se excite, este tipo de circuitos se aplica en sistemas de alarma, de seguridad e incendios.
Para apagar el sistema después de que se encendió un simple interruptor de un polo un tiro (SPST)
normalmente cerrado en serie con la fuente de alimentación es suficiente.

RESISTENCIA LDR
La resistencia LDR (LightDependent Resistors) o fotorresistencia, es un componente electrónico cuya resistencia varía
según la intensidad de luz que incide sobre él. A medida que la intensidad luminosa incide sobre ella, el valor
óhmico de la resistencia LDR disminuye. Puede pasar de varios MÙ en la oscuridad a unos pocos ohms al aumentar la intensidad de la luz.