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Como Testar Foto-Transistores (INS224)

O que são: Os foto-transistores nada mais são do que transistores bipolares que têm sua região da junção exposta à luz. Dessa forma, a luz libera portadores de carga, afetando a corrente que flui no sentido inverso nas junções. Na figura 1 temos os símbolos e aspectos desses componentes.

 

Figura 1 – Símbolos e aspectos
Figura 1 – Símbolos e aspectos

 

 

Os foto-transistores são usados como sensores, onde a corrente (ou resistência) entre coletor e emissor varia em função da intensidade da luz que incide no componente.

Observamos que os foto-transistores tanto podem ser encontrados na configuração comum como Darlington, que são mais sensíveis mas ao mesmo tempo, mais lentos.

 

O que testar

O teste mais simples consiste em se verificar a continuidade das junções, exatamente como num transistor comum. Num teste mais completo, podemos observar sua sensibilidade à luz e até levantar sua curva característica, e uma fonte de sinais ópticos, do mesmo modo como descrevemos no caso dos foto-diodos.

Para os foto-transistores Darlington, testamos da mesma forma que transistores bipolares Darlington, exceto no caso dos circuitos de prova.

 

Instrumentos Usados

Provador de continuidade

Multímetro

Circuito de prova

Osciloscópio e fonte de luz modulada

 

Testes Realizados

Diversos são os testes que permitem avaliar o estado de um foto-transistor com boa precisão.

 

a. Teste com o multímetro e provador continuidade

O teste com o multímetro ou provador de continuidade pode ser dividido em duas partes: teste de junções e teste de sensibilidade. O teste de junções é feito exatamente como no caso de um transistor comum.

Já, o teste de sensibilidade é feito da forma que descrevemos a seguir. Para Este, se for usado provador de continuidade deve ser do tipo que tem a indicação variando com a resistência. Os indicadores sonoros (em que a freqüência depende da resistência), são os mais indicados.

 

Procedimento

a) Ajuste o multímetro para uma escala alta de resistências (Ω x 1k ou Ω x10k se for analógico, se for digital coloque na escala 20 000 Ω ou 200 000 Ω). Para o provador de continuidade, coloque-o em condições de uso.

b) Ligue o multímetro entre o coletor e o emissor do foto-transistor (muitos deles já vem sem o terminal de base, o que facilita a identificação dos demais).

c) Ilumine e faça sombre sobre o foto-transistor observando o que acontece com a indicação de continuidade ou de resistência.

 

A figura 2 mostra como essa prova deve ser feita.

 

      Figura 2 – Prova de sensibilidade
Figura 2 – Prova de sensibilidade

 

 

Observe que na maioria dos casos, o terminal de base é eliminado, de modo que o foto-transistor tem apenas um terminal de emissor e coletor. Esses terminais são intercambiáveis na maioria das aplicações, pois como temos duas junções em oposição e trabalha-se com a corrente de fuga, tanto faz o modo como o componente seja ligado.

 

Interpretação da Prova

O multímetro já indica uma baixa resistência assim como o provador de continuidade e nada acontece quando o iluminamos. Inverta o componente e repita o teste. Se o mesmo acontecer, o componente está em curto.

A resistência indicada ou continuidade variam com a luz. Nesse caso, o componente se encontra em bom estado.

 

b. Teste com circuito de prova

Um circuito simples de teste de foto-transistores é mostrado na figura 3, podendo ser facilmente implementado numa matriz de contactos.

 

         Figura 3 – Circuito de teste
Figura 3 – Circuito de teste

 

 

Procedimento

a) Monte o circuito indicado, identifique os terminais do foto-transistor em teste e coloque-o no circuito, ligando a alimentação.

b) Ilumine e cubra o foto-transistor observando o que ocorre com o LED indicador.

 

Interpretação dos Resultados

O brilho do LED se altera quando cobrimos ou iluminamos o foto-transistor. O componente se encontra em bom estado. Por outro lado, se nada acontecer com o LED permanecendo apagado ou aceso, sem variar de brilho com a luz, o foto-transistor se encontra aberto ou em curto.

Observe que no caso dos foto-transistores Darlington, como a sensibilidade é maior, a variação do brilho do LED com a mudança de luz para a sombra também será mais intensa.

 

c. Teste com o osciloscópio e gerador de funções

Na figura 4 mostramos um arranjo interessante que permite analisar a resposta de frequência de um foto-transistor ao receber um sinal luminoso modulado.

 Clique aqui para baixar a simulação no MultiSIM 14.

 


 

 

 

Teste com o osciloscópio
Teste com o osciloscópio

 

 

O circuito foi simulado no MultiSIM sendo em (a) dada a configuração e em (b) a forma de sininal visualizada. Observamos que essa forma é para um foto-transistor ideal. Mais adiante damos as figuras que são obtidas com transistores reais.

Na falta de um gerador de funções, pode ser usado um oscilador simples, como o mostrado na figura 5, que pode gerar sinais até algumas centenas de quilohertz (500 kHz).

 

Oscilador de teste com o 555
Oscilador de teste com o 555

 

 

O foto-transistor é ligado à entrada de um osciloscópio com o circuito mostrado na mesma figura. O gerador de funções é ajustado para produzir um sinal de 100 kHz a 10 MHz retangular com amplitude de 5 V de modo a simular a excitação TTL do LED.

Lembramos que os foto-transistores são dispositivos relativamente lentos, o que deve ser considerado nas aplicações e provas.

 

Procedimento

a) Monte o arranjo indicado para a prova, alimentando o circuito do foto-transistor.

b) Ajuste o gerador de funções para gerar um sinal de 5 V de amplitude de 100 kHz a 10 MHz com forma de onda retangular e 50% de ciclo ativo.

c) Ajuste o osciloscópio para visualizar o sinal, usando a entrada vertical e sincronismo interno. Ajuste para visualizar um ou dois ciclos.do sinal gerado na prova.

d) Certifique-se de que o LED e o foto-transistor estão opticamente acoplados dentro do tubinho opaco.

e) Observe as formas de onda obtidas no osciloscópio.

f) Aumente a freqüência, a partir do valor escolgido, se quiser fazer os mesmos testes com velocidades maiores para o sinal. Será importante ter as características do foto-transistor em teste se quiser comprovar seu funcionamento com sinais de altas freqüências.

 

Na figura 6 temos algumas formas de onda que podem ser visualizadas neste teste.

 

Formas de onda visualizadas
Formas de onda visualizadas

 

 

Interpretação da Prova

A forma de onda obtida nesse teste é a mais próxima possível da retangular (pouca distorção). O foto-transistor está bom e respondendo bem aos sinais modulados.

Se houver distorções, ou ainda a amplitude do sinal for pequena, o foto-transistor pode estar com problemas. Se nada aparecer na tela do osciloscópio então certamente, o foto-transistor não está bom.

 

Outros Testes

Para provas de alta velocidade, o que ocorre quando o foto-transistor é usado em aplicações onde luz modulada de freqüência muito alta é usada, é preciso contar com um circuito “acelerador”.

Na verdade, o circuito chaveador, melhora as características do foto-transistor, fornecendo um sinal o mais próximo possível do retangular em sua saída. Na figura 7 temos um circuito desse tipo que pode ser usado nas provas de foto-transistores rápidos.

 

Circuito de teste para foto-transistores rápidos
Circuito de teste para foto-transistores rápidos

 

 

Esse circuito pode trabalhar com sinais modulados em freqüências que chegam a dezenas de megahertz.

 

Observações

Na verdade, os foto-transistores operam como foto-diodos, já que normalmente sua base é mantida desligada. Existem entretanto aplicações em que a base é polarizada tanto com a finalidade de aumentar a velocidade do dispositivo como melhorar seu desempenho em relação a outras características elétricas.

 

Do Livro Como Testar Componentes – vol 3 de Newton C. Braga

 

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