Optoelectrónica

Optoelectrónica: El poder de la luz

La optoelectrónica es el vinculo que une los sistemas ópticos y los sistemas electrónicos. Los componentes optoelectrónicos, como su propio nombre indica, son aquellos cuya funcionamiento esta directamente relacionado con la luz.

Hoy en día los sistemas optoelectrónicos están plenamente integrados en nuestra vida cotidiana ya que se pueden encontrar, por ejemplo, en las pantallas de cristal líquido, los modernos sistemas de comunicaciones mediante fibra óptica, los tubos de rayos catódicos con los que funcionan los osciloscopios analógicos y los televisores,...etc.

COMPONENTES OPTOELECTRONICOS BASICOS

Los principales tipos de dispositivos optoelectrónicos son:

1. Emisores: Son componentes que emiten luz cuando reciben energía eléctrica
2. Receptores: Son componentes que emiten una pequeña señal eléctrica cuando son iluminados
3. Fotoconductores: Se encargan de conducir la radiación luminosa desde el emisor al receptor.

Los componentes optoelectrónicos más importantes son:

FOTORESISTENCIAS

Una fotoresistencia o LDR es un componentes electrónico cuya resistencia disminuye con el aumento de intensidad de luz que incide sobre la misma. Están formadas por una célula y dos patillas para su montaje en un circuito.

El valor de resistencia eléctrica de un LDR es bajo cuando hay luz incidiendo en él (puede descender hasta 50 o 100 Ohms) y muy alto cuando está a oscuras (varios megaohmios).

Su funcionamiento se basa en el efecto fotoeléctrico. Una fotoresistencia está hecha de un semiconductor de alta resistencia. Cuando la luz incide en el dispositivo, los fotones son absorbidos por las elasticidades del semiconductor dando a los electrones la suficiente energía para saltar la banda de conducción. El electrón libre que resulta, y su hueco asociado, conducen la electricidad, de tal modo que disminuye la resistencia. Los valores típicos varían entre 1M Ohm, en la oscuridad y 100 Ohm con luz brillante.

En estos dispositivos la variación del valor de la resistencia tiene cierto retardo como consecuencia de cambios en el nivel lumínico. Esto limita el uso de las LDR en aplicaciones en las que la señal luminosa varía con rapidez. El tiempo de respuesta típico de una LDR es del orden de una décima de segundo. Esta lentitud es una ventaja en determinadas aplicaciones, ya que se filtran variaciones rápidas de iluminación que podrían hacer inestable un sensor.

Se fabrican en diversos tipos y pueden encontrarse en muchos artículos de consumo, como por ejemplo en cámaras, medidores de luz, relojes con radio, alarmas de seguridad o sistemas de encendido y apagado del alumbrado de calles.

FOTODIODOS

Un fotodiodo es un semiconductor que conduce una cantidad de corriente eléctrica proporcional a la luz visible o infrarroja que le incide. Debido a su construcción funcionan como células fotovoltaicas, en ausencia de luz generan una pequeña tensión, con el positivo en el ánodo y el negativo en el cátodo.

Para su funcionamiento, los fotodiodos son polarizados de forma inversa, para variaciones en el nivel de luz provoquen variaciones del nivel de corriente, de lo contrario, se comportaría como un diodo normal.

La mayor parte de los fotodiodos vienen provistos de una lente encargada de concentrar la luz que reciben, de esta forma se consigue que su reacción a los cambios de los niveles lumínicos sean más evidentes.

A diferencia del LDR , el fotodiodo responde a los cambios de oscuridad a iluminación y viceversa con mucha más velocidad, y puede utilizarse en circuitos con tiempo de respuesta más pequeño. Se usa en los lectores de CD, recuperando la información grabada en el surco del CD, transformando la luz del haz láser reflejada en el mismo en impulsos eléctricos para ser procesados por el sistema y obtener como resultado los datos grabados.

FOTOTRANSISTORES

Los fototransistores combinan en un mismo dispositivo la detección de luz y la ganancia. Su construcción es similar a la de los transistores convencionales, excepto que la superficie superior se expone a la luz a través de una ventana o lente. El fototransistor es más sensible, es decir, tiene una velocidad de respuesta superior al fotodiodo por el efecto ganancia del transistor.

Un fototransistor es como un transistor normal pero con una importante diferencia, que puede trabajar de dos formas:

1. Como transistor normal con la corriente de base Ib (modo común).
2. Como fototransistor, cuando la luz que incide en este elemento hace las veces de corriente de base. Ip (modo de iluminación).

Puede utilizarse de las dos en formas simultáneamente, aunque el fototransistor se utiliza principalmente con el pin de la base sin conectar.

Se han utilizado en lectores de cinta y tarjetas perforadas, lápices ópticos, etc. También se pueden utilizar en la detección de objetos cercanos cuando forman parte de un sensor de proximidad.

Se utilizan encapsulados conjuntamente con un LED (formando interruptores ópticos u opto-switch), que detectan la interrupción del haz de luz por un objeto. Existen en dos versiones: de transmisión y de reflexión.

Para obtener un circuito equivalente de un fototransistor, basta agregar a un transistor común un fotodiodo, conectando en el colector del transistor el cátodo del fotodiodo y el ánodo a la base.


OPTOACOPLADORES

Un optoacoplador es un dispositivo de emisión y recepción que funciona como un interruptor excitado mediante la luz emitida por un diodo LED que satura un componente optoelectrónico, normalmente en forma de fototransistor o fototriac. De este modo se combinan en un solo dispositivo semiconductor, un fotoemisor y un fotorreceptor cuya conexión entre ambos es óptica. Estos elementos se encuentran dentro de un encapsulado que por lo general es del tipo DIP. Se suelen utilizar para aislar electricamente a dispositivos muy sensibles.

La ventaja fundamental de un optoacoplador es el aislamiento eléctrico entre los circuitos de entrada y salida. Mediante el optoacoplador, el único contacto entre ambos circuitos es un haz de luz. Esto se traduce en una resistencia de aislamiento entre los dos circuitos del orden de miles de MΩ. Estos aislamientos son útiles en aplicaciones de alta tensión en las que los potenciales de los dos circuitos pueden diferir en varios miles de voltios.