Este artigo faz parte do meu livro Como testar componentes eletrônicos - volume 4.
O que são
Quando a junção de um diodo polarizado no sentido inverso recebe luz ou infravermelho, portadores de carga são liberados circulando então uma pequena corrente. Essa corrente é proporcional à intensidade da luz, sendo normalmente da ordem de poucos microampères. Assim, diodos com a junção exposta, graças ao uso de invólucros transparentes, são usados como foto-sensores em uma infinidade de aplicações eletrônicas.
Na figura 1 temos o símbolo e os principais aspectos com que esses foto-diodos são encontrados.
Como sua velocidade de resposta é muito alta eles são usados na recepção de luz modulada ou na detecção de fenômenos muito rápidos. Leitoras de códigos de barras, links ópticos, circuitos que fazem uso de fibras ópticas, receptores de controle remoto são algumas aplicações em que encontramos esses componentes.
O que testar
Podemos testar as suas junções como no caso de um diodo comum, no entanto isso não revela muito sobre seu funcionamento. Podemos apenas descobrir se o diodo se encontra aberto ou em curto. O melhor, para um teste completo, é verificar se ele está respondendo à luz (visível ou infravermelho), usando para essa finalidade um circuito simples de teste ou mesmo o multímetro.
Instrumentos Usados
• Provador sensível de continuidade
• Multímetro
• Circuito de teste
• Osciloscópio, gerador de funções e traçador de curvas
O provador de continuidade usado no teste deste tipo de componente deve detectar variações de resistências muito altas. Dá-se preferências aos tipos sonoros em que essa variação possa ser acusada pela mudança do tom emitido.
Os Testes
a. Provador de Continuidade e Circuito de Teste
Para testar com o provador de continuidade, sugerimos usar um circuito de provador como o mostrado na figura 2, o qual pode ser implementado facilmente numa matriz de contacto e serve como circuito de teste.
Nesse provador, o tom emitido pelo transdutor depende da resistência do circuito que está sendo testado.
Procedimento
a) Prepare o provador de continuidade ou monte-o se não o tiver ainda em condições de funcionamento. Verifique seu funcionamento.
b) Identifique os terminais do diodo em teste
c) Encoste as pontas de prova nos terminais do diodo, observando a polaridade conforme a figura 3.
d) Coloque a mão diante do diodo de modo a fazer sombra ou ainda experimente focalizar uma lanter sobre ele.
O procedimento é mostrado na figura 3.
Interpretação da Prova
Se ao conectar o diodo o sinal for de uma baixa resistência e nada acontecer quando fizer sombra ou iluminar, tente inverter o diodo e repetir a prova. Se continuar acontecendo o mesmo, o diodo se encontra em curto. Se nas duas posições nada acontecer, o diodo se encontra aberto. No entanto, se ao colocar a mão ou iluminar o diodo, o tom emitido pelo circuito de teste variar, o diodo se encontra em bom estado.
b. Multímetro
Um multímetro analógico ou digital pode ser usado para verificar o estado de um foto-diodo. O que se verifica é a variação da resistência inversa com a luz.
Procedimento
a) Coloque o multímetro numa escala mais alta de resistências (x 100 ou x 1 k ohms se for analógico ou 20 000/200 000 ohms se for do tipo digital) e zere-o, se for analógico.
b) Identifique os terminais do foto-diodo em teste e encoste as pontas de prova do multímetro nos seus terminais.
c) Faça sombra e elimine o diodo, observando a indicação de resistências.
A figura 4 mostra como realizar esse teste.
Interpretação da Prova
Se ao conectar o foto-diodo a indicação for de uma baixa resistência e nada acontecer quando fizer sombra ou iluminar, tente inverter o foto-diodo e repetir a prova. Se continuar acontecendo o mesmo, o foto-diodo se encontra em curto. Se nas duas posições nada acontecer, o diodo se encontra aberto. No entanto, se ao colocar a mão ou iluminar o foto-diodo, for observada uma variação da resistência, o foto-diodo se encontra em bom estado
c. Com o Osciloscópio
Um teste interessante que pode ser realizado é mostrado na figura 5, com a ajuda de um osciloscópio permitindo verificar a resposta de freqüência à luz modulada.
Esse teste é simulado no Electronics Workbench utilizando-se um opto-acoplador (optocoupler). As formas de onda são dadas na figura 5(b). Simulamos a operação do emissor e do LED em 1 MHz, onde o foto-sensor pode ser substituído pelo equivalente foto-diodo, sem problemas.
A amplitude do sinal retangular é 10 V, sendo usado um resistor de 330 ohms. Na prática o teste pode ser feito com 5 ou 6 V e resistores de 330 ohms a 470 ohms. A frequência do gerador de sinais deve ser aumentada até se obter a curva de resposta desejada. Veja que o gerador de funções deve fornecer uma saída com intensidade suficiente para excitar o LED. Se isso não ocorrer o leitor pode montar um excitador com base num multivibrador comum como o 555.
Conhecendo a resposta de frequência do emissor, podemos verificar se o receptor responde aos mesmos sinais. Trata-se de um teste muito importante quando o foto-diodo deve ser usado em aplicações de alta velocidade. O que se faz aqui é transmitir um sinal digital ao foto-diodo e verificar de que modo ele responde a esses sinais.
Procedimento
a) Monte o circuito mostrado na figura 5 e ajuste o gerador de funções para produzir um sinal retangular de 5 V de amplitude numa freqüência de 10 kHz a 10 MHz.
b) Acople ópticamente o LED emissor (que deve ser de alta velocidade) ao foto-diodo em teste. Os dois devem ser instalados no interior de um tubo opaco para um perfeito acoplamento sem interferência da luz ambiente.
c) Ajuste o osciloscópio para visualizar as formas de onda do sinal recebido pelo foto-diodo. Observe o sinal obtido.
Na figura 6 temos as formas de onda com as deformações que ocorrem quando o foto-diodo não responde apropriadamente aos sinais ópticos.
Observações
Na simulação usamos um foto-transistor que, nessa configuração opera exatamente como um foto-diodo pois um de seus terminais é mantido livre. Assim, os resultados obtidos são os mesmos.
Os foto-diodos são os sensores mais rápidos para luz, ultrapassando os foto-transistores. No entanto, o princípio de operação dos foto-transistores é exatamente o mesmo. Conforme veremos mais adiante, o procedimento de teste para os foto-transistores são bastante semelhantes.
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