Optoeletronica Teoria e Prática

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OPTOELETRNICATEORIA E PRTICA

Aldo Lopes

No nos responsabilizamos pelo uso imprprio dos projetos publicados. Os projetos no podem ser comparados a produtos industrializados e, embora tenham sido exaustivamente testados em laboratrio, esto sujeitos a pequenos desvios em suas caractersticas tcnicas, inerentes s variaes de qualidade dos componentes utilizados e s ligaes executadas pelo montador. Utilize apenas componentes de boa qualidade e de procedncia conhecida, jamais reaproveitando peas usadas de placas defeituosas ou sucatas.

Todos os direitos reservados. Proibida a reproduo total ou parcial sem prvia autorizao por escrito do autor.

COPYRIGHT BY ALDOBERTO LOPES 1998, 1999, 2000

NDICEINTRODUO ............................................................................................................... 5 CAPTULO 1 DISPOSITIVOS E COMPONENTES OPTOELETRNICOS ............................... 6A LUZ ................................................................................................................................... 6 APLICAES DOS OPTOELETRNICOS ................................................................... 7 LMPADA INCANDESCENTE ....................................................................................... 8 LED - DIODO EMISSOR DE LUZ ................................................................................... 9 DISPLAY FLUORESCENTE............................................................................................. 12 LDR - LIGHT DEPENDENT RESISTOR ........................................................................ 13 FOTO-DIODO ..................................................................................................................... 16 FOTO-TRANSISTOR ......................................................................................................... 17 LASCR (LIGHT ACTIVATED SCR) ................................................................................ 17 DIODO EMISSOR OU LED DE INFRA-VERMELHO ................................................. 18 FOTO-ACOPLADOR ......................................................................................................... 18 FOTO-DIAC E FOTO-TRIAC ........................................................................................... 19 CHAVES PTICAS ............................................................................................................ 20

CAPTULO 2 APLICAES CLSSICAS ......................................................................................... 21FOCO AUTOMTICO EM VIDEO-CMERAS ............................................................ 21 SERVOMECANISMO DE VIDEO-CASSETE ................................................................ 22 UNIDADE PTICA DE COMPACT DISC PLAYER ..................................................... 24

CAPTULO 3 PROJETOS PARA MONTAGEM ................................................................................ 26PROJETO 1: FOTO-SENSOR DE SOMBRA .................................................................. 26 PROJETO 2: DESPERTADOR SOLAR ........................................................................... 28 PROJETO 3: PROVADOR DE TRANSISTORES, DIODOS E LEDS .......................... 30 PROJETO 4: ALERTA - LUZ DE SEGURANA ........................................................... 33 PROJETO 5: FOTO-ESTIMULADOR DE RELAXAMENTO ...................................... 35 PROJETO 6: ALARME POR INFRA-VERMELHO ....................................................... 38 PROJETO 7: SIMULADOR DE PRESENA PROGRAMVEL ................................. 47

CAPTULO 4 FONTES DE ALIMENTAO .................................................................................... 54

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OPTOELETRNICA. TEORIA E PRTICA.

INTRODUO

Os fenmenos luminosos so de grande importncia na histria da Fsica. Na tentativa de entendlos e explic-los, os fsicos desenvolveram diversas teorias, algumas muito poderosas, como o Eletromagnetismo e a Teoria Quntica. H muito tempo, os homens aceitaram em comum acordo uma explicao muito simples do que seria responsvel fisicamente pela nossa viso dos objetos: vemos os objetos por existir algo, denominado luz, que vem da superfcie desses objetos at nossos olhos. A partir da, as dificuldades se tornavam maiores: como explicar esse algo denominado luz? Na procura de uma explicao fsica, surgiram vrios modelos propostos para a luz, como os modelos ondulatrio, corpuscular e quntico. medida que o homem passou a conhec-la melhor, esse conhecimento, aliado evoluo tecnolgica, originou novas aplicaes para a luz e seus fenmenos, levando idealizao e desenvolvimento de muitos dispositivos pticos e optoeletrnicos. Neste livro, nosso objetivo no analisar minuciosamente caractersticas ou propriedades da luz, e sim oferecer ao leitor condies para entender o funcionamento de dispositivos e circuitos eletrnicos que se utilizam dela. Estudaremos os componentes eletrnicos que operam recebendo e emitindo luz, e utilizaremos alguns dos mesmos em projetos prticos, com aplicaes bem definidas e interessantes ao leitorestudante. Naturalmente, alguns dispositivos so viveis apenas para uso em equipamentos de porte ou profissionais. Dessa forma, aplicaremos nos projetos somente os disponveis no mercado tradicional de componentes eletrnicos e que tenham custo accessvel. Por se tratar de um tema especfico da eletrnica, no incluimos no contedo deste livro conceitos e explanaes referentes eletrnica bsica, embora o devido cuidado na elaborao do texto e ilustraes tenha sido tomado, objetivando facilitar a compreenso e o aprendizado mesmo dos leitores iniciantes na eletrnica.

Aldo Lopes

OPTOELETRNICA. TEORIA E PRTICA.

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CAPTULO 1: DISPOSITIVOS E COMPONENTES OPTOELETRNICOS

A LUZNa maioria dos ramos da eletrnica, as ondas de radio-frequncia (RF) tm como principal referncia sua frequncia, em hertz (Hz), ficando os correspondentes perodo (T) e comprimento de onda () apenas subentendidos. Raramente ouvimos algum dizer: essa senide de 10 ms. O comum dizermos: essa senide de 100 Hz, referindo-se sua frequncia, e no ao seu perodo, ou muito menos ao seu comprimento de onda. Embora a luz tambm seja uma irradiao eletromagntica, havendo uma frequncia para cada cor, sua principal referncia o seu comprimento de onda, e no a sua frequncia ou o seu perodo. As irradiaes do grupo ptico so ondas 1 eletromagnticas compreendidas na faixa de comprimento de onda que vai de 10 nm a 10 6 nm (=1mm), onde a unidade nanometro (nm) um sub-mltiplo do metro, e 1 nm equivale a 10-9m. A figura 1 mostra o espectro de frequncias, incluindo a faixa correspondente luz. Para ser cientificamente correto, a palavra luz somente deveria ser utilizada para referir-se faixa de comprimentos de ondas visveis pelo olho humano. No entanto, por apresentar as mesmas propriedades da luz visvel, as irradiaes imediatamente anterior e imediatamente posterior a ela, geralmente tambm so tratadas pelo mesmo nome: luz. O comprimento de onda caracteriza a cor da luz. De 10 nm a 1 mm, so visveis pelo olho humano apenas os comprimentos de onda entre cerca de 400 nm (violeta) e 700 nm (roxo). A tabela 1 mostra a distribuio da irradiao ptica na faixa de 100 nm a 1 mm de comprimento de onda. TABELA 1 De 100 nm a 380 nm situase a irradiao ultra-violeta (UV), COMPRIMENTO IRRADIAO DE ONDA PTICA subdividida em 3 faixas: UV-C, UVB e UV-A. De 380 nm a 750 nm 100 nm - 280 nm UV-C temos a faixa de irradiao visvel 280 nm - 315 nm UV-B 315 nm - 380 nm UV-A (luz). E, no final da faixa de 380 nm - 440 nm luz violeta irradiao ptica, temos o infra440 nm - 495 nm luz azul vermelho (IR - Infra-Red), tambm 495 nm - 580 nm luz verde subdividindo-se em trs: IR-A, IR-B 580 nm - 640 nm luz amarela 640 nm - 750 nm luz vermelha e IR-C. 750 nm - 1400 nm IR-A 1,4 um - 3 um IR-B 3 um - 1000 um IR-C UV - Ultra-violeta IR - Infra-vermelho

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APLICAES DOS OPTOELETRNICOSOs componentes optoeletrnicos so utilizados em muitos ramos da indstria, e esto presentes em muitos equipamentos de uso domstico. So utilizados em mquinas de controle e processamento de dados, na indstria automobilsticas e seus automveis, em mquinas fotogrficas, em equipamentos de gravao e reproduo de som, em microcomputadores, enfim, em uma infinidade de equipamentos e produtos eletro-eletrnicos, seja de uso profissional ou domstico. Conforme a aplicao dos dispositivos optoeletrnicos, podemos inclu-los em um ou mais dos seis grupos principais: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Dispositivos Dispositivos Dispositivos Dispositivos Dispositivos Dispositivos de medio, monitorao, controle e teste de fontes de luz de irradiao sem modulao de irradiao modulada para displays alfanumricos para gravao e transmisso de imagens para reproduo de imagens

No grupo 1, entende-se como fontes de luz aquelas que 2 irradiam ondas eletromagnticas predominantemente na faixa espectral visvel, incluindo-se a luz natural (do sol), luzes artificiais (de lmpadas) e a luz proveniente das chamas. Como alguns exemplos de equipamentos e aplicaes utilizando dispositivos desse grupo temos: fotmetros, que so medidores de intensidade luminosa muito utilizados em estdios de fotografia e de televiso, medidores de densidade de poeira em ambientes industriais controlados, circuitos de monitorao de iluminao ambiente para controle automtico de brilho em televisores ou para o acionamento automtico de lmpadas em vitrines de lojas ou iluminao pblica, etc. Esses dispositivos, em suas aplicaes, tm uma de suas propriedades variando conforme a intensidade da luz que o atinge, sendo essa variao interpretada por um circuito de medio ou por outros dispositivos e circuitos de controle (figura 2). Nos equipamentos e sistemas que utilizam dispositivos do grupo 2, a luz no-direcional de um emissor convertida em feixes paralelos, sendo direcionada a um