Quatro Fotômetros Para Pesquisa (INS556)

Fotômetros são instrumentos que encontram uma boa quantidade de utilidades no laboratório de física, química, biologia e muito mais. Fotômetros profissionais são caros, mas podemos contar com fotômetros simples quando desejamos simplesmente comparar intensidade de luz ou não precisamos de grande precisão. Veja neste artigo como montar quatro deles.

A medida da intensidade da luz que incide num local ou de uma fonte emissora é realizada com instrumentos denominados fotômetros.

Os fotômetros eletrônicos podem utilizar diversos tipos de sensores, mas um dos mais comuns e baratos, além de possui excelente sensibilidade é o LDR.

O LDR,Light Dependent Resistor ou foto-resistor consiste num resistor cuja resistência depende da quantidade de luz que incide numa superfície sensível.

Na figura 1 temos o seu símbolo e o aspecto do tipo mais comum.

Figura 1 – O LDR

A resistência apresentada pelo componente varia na proporção inversa à quantidade de luz incidente, conforme a curva mostrada na figura 2.

Figura 2 – A curva característica do LDR

O LDR é extremamente sensível, podendo detectar níveis de luz que não perceptíveis pelos nossos olhos.

Um segundo tipo de sensor é o foto-transistor que tanto pode ser obtido na forma comum como na configuração Darlington, conforme mostra a figura 3.

Figura 3 – O foto-transistor

Este componente pode operar de duas formas.

Na forma de polarização inversa das junções aproveita-se a corrente de fuga que depende da quantidade de luz incidente.

Esta é a forma mais comum de uso deste componente.

Na forma de célula foto-voltáica, aproveita-se o fato de uma junção iluminada gerar uma certa tensão, que é função da intensidade de luz incidente.

Os foto-diodos, também são utilizados também como sensores, já que possuem uma junção semicondutora.

Na figura 4 temos a configuração típica para uso de um foto-transistor como sensor de luz.

Figura 4 – Transistor como foto-sensor

Neste modo de operação, pela corrente de fuga, um transistor adicional é usado para amplificação, dada sua pequena intensidade.

Observe que a base do transistor é mantida aberta.

Existem, entretanto, aplicações, em que podemos encontrar um resistor de polarização na base do foto-transistor.

Os fotômetros

Fotômetro Simples com Lâmpada Neon

Na figura 5 temos um fotômetro muito simples, alimentado pela rede de energia e utilizando como indicador uma lâmpada neon.

Figura 5 – Fotômetro com lâmpada neon

Seu princípio de funcionamento é fácil de entender.

O LDR e o potenciômetro P1 formam um divisor de tensão para a rede de energia.

Na figura 6 mostramos esse divisor.

Figura 6 – Divisor de tensão com o LDR e o Potenciômetro

Ocorre que a lâmpada neon precisa de uma tensão de ordem de 70 a 80 V para acender.

Assim, a tensão que aparece na lâmpada neon depende da luz incidente no LDR e do ajuste do potenciômetro.

Podemos então calibrar o potenciômetro de tal forma que ao girá-lo a lâmpada acende com a intensidade de luz incidente e assim leremos seu valor na escala.

Na figura 7 temos a montagem desse fotômetro numa ponte de terminais isolada.

Figura 7 – Montagem em ponte de terminais

O conjunto deve ser instalado numa caixa para evitar o contato acidental nas partes que possam causar choques.

Na figura 8 temos uma idéia de caixa para a montagem.

Figura 8 – Montagem em caixa

Fotômetro com Instrumento Indicador e LDR

O circuito mostrado na figura 9 utiliza um microamperímetro de 0-1 mA ou 0-200 uA para indicador a intensidade da luz que incide no LDR.

Figura 9 – Fotômetro com instrumento indicador

O circuito pode ser montado em uma ponte de terminais, por se tratar de configuração muito simples.

A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 10.

Figura10 – Montagem em ponte de terminais

O circuito tem dois ajustes.

Inicialmente coloque o trimpot P1 de 47k no centro do ajuste e ilumine o LDR.

Ajuste então P2 para que o instrumento não ultrapasse o final da escala.

Depois ajuste P1 novamente de acordo com a faixa de luz que deve medir.

Feitos os ajustes, o leitor pode elaborar uma escala de luminosidade para seu instrumento com base num fotômetro comercial.

Fotômetro com Foto-Transistor e Indicador

Este circuito usa como sensor um foto-transistor e possui um transistor amplificador para se obter maior sensibilidade.

O instrumento indicador pode ser um microamperímetro a partir de 200 uA até um miliamperímetro de 1 mA.

Na figura 11 temos o diagrama completo deste fotômetro.

Figura 11 – Fotômetro com foto-transistor e indicador

A montagem pode ser feita com base numa pequena ponte de terminais conforme mostra a figura 12.

Figura 12 – Montagem em ponte de terminais

Qualquer foto-transistor comum pode ser utilizado nesta montagem e até mesmo um foto-diodo.

Na montagem é preciso apenas observar as posições dos componentes, principalmente no caso de foto-diodos que devem ser polarizados inversamente.

Fotômetro com Amplificador Operacional e LDR

Este circuito usa como indicadores dois LEDs que devem apagar quando o ponto de ajuste na escala do potenciômetro for alcançado.

Como sensores podem ser usados LDRs ou foto-transistores e a alimentação é feita com bateria de 9 V, com um consumo muito baixo.

Na figura 13 temos o circuito completo deste fotômetro.

Figura 13- Circuito completo do fotômetro

Este circuito pode ser montado numa placa de circuito impresso com a disposição de componentes mostradas na figura 14.

Figura 14 – Placa de circuito impresso para a montagem

Na montagem, observe a posição do circuito integrado, do foto-transistor e a polaridade dos LEDs.

Os resistores são de 1/8 W com 20% ou menos de tolerância e o LDR é do tipo redondo comum.

Para utilizar, aponte o sensor para uma fonte de luz e gire vagarosamente o potenciômetro até que os dois LEDs apaguem.

Calibrando a escala do potenciômetro, poderemos ler o valor da intensidade de luz medida.