10-7 FOTOCELDAS Y DISPOSITIVOS FOTOELCTRICOSLasfotoceldasson pequeos dispositivos que producen una variacin elctrica en respuesta a un cambio en la intensidad de la luz. Las fotoceldas pueden clasificarse comofotovoltaicasofotoconductivas.Unacelda fotovoltaica es una fuente de energacuyovoltaje de salida vara en relacin con la intensidaddela luz en su superficie. Unaceldafotoconductiva va es un dispositivo pasivo, incapazde producirenerga.Suresistenciavaraenrelacin conla intensidaddela luz en su superficie.Industrialmente, las aplicacionesdelasfotoceldascaen endoscategorasgenerales:1.-Deteccinde lapresenciade un objetoopaco.a) Ladeteccinpuede hacerse en una base de todo o nada, en laqueel circuito de la folocelda tiene solo dos estados de salida querepresentanla presencia o la ausencia de unobjeto. Estees el tipo de deteccin usada para contar las parles que viajan por una banda transportadora, o paraevitarla operacin de unmecanismosi las manos del operador noestn fuera de la luz de trabajo.b).- La deteccin puede hacerse en una base continua, teniendo en el circuito de la fotocelda una salida continuamente variable que representa la posicin variable del objeto. Esteesel tipo de deteccin usada para observar la orilla de una tira de material en movimiento para evitar que se desve demasiado de su posicin adecuada.La ventaja principal de las fotoceldas sobre otros dispositivos de deteccin es que no se requieren contacto fsico con el objeto de deteccin.2.- Deteccin del grado de translucides (capacidaddepasarluz) o elgrado de luminiscencia (capacidadde generaluz) de unliquido o un slido. En estasaplicaciones, proceso ha sidodispuestode maneraquela translucidezoluminiscencia representen una variable de proceso importante. Algunos ejemplos de variables que pueden ser medidas de esta manera son densidad, temperatura y concentracin de algn compuesto qumico especfico.

10-7-1 Celdas fotovoltaicasLos smbolos usados con frecuencia para las celdas fotovoltaicassemuestran en la figura10-13(a).Lasdos fechas ondulantes que apuntan hacia la batera encerrada en un crculo sugieren que la energa externa de luz producelaaccin de la batera, Dado que las flechas ondulantes no son fciles de dibujar con frecuenciase usa la letragriega lamdapara sugeriractivacinpor luz.Elvoltaje de salida decircuitoabierto contra intensidadde la luz se presentagrficamente enlafigura10-13(b)para una celdafotovoltaica tpica. Note que la grafica es logartmicaenel eje de la intensidadde laluz.Esta grafica indicaque la celda esmassensible a niveles de luz, bajos, ya que a pequeocambioen laintensidad(digamos,de1 a10fc)puede producir elmismo incrementoen elvoltaje de salidaque unmayor cambio de intensidad(digamosde100 a1000 fc)a un nivel de intensidad de luzmayor.

Las caractersticas de corriente de salida de una celda fotovoltaica operando en una carga se presentan grficamente en la figura1013(c)para varias resistencias de carga. Como puede verse, una celda fotovoltaica no puede suministrar mucha corriente. En este ejemplo las corrientes de salida se miden en microamperes. Sin embargo, las fotoceldas pueden agruparse en paralelo, para aumentar su capacidad de corriente.

10-7-3 Celdas fotoconductivasComo se mencion antes, lasceldas fotoconductivascambian de resistencia como respuesta a los cambios en la intensidad de la luz (el termino formal esiluminacin).A medida que aumenta la iluminacin, la resistencia disminuye. Los smbolos esquemticos usados con frecuencia para las celdas fotoconductivas se muestran en la figura1020(a).En la figura1020(b)se muestra una grfica de resistencia contra iluminacin para una celda fotoconductiva tpica. Note que ambas escalas son logartmicas, para cubrir los grandes rangos de resistencia e iluminacin que son posibles.La virtud principal de las celdas fotoconductivas modernas es su sensibilidad. Como se ilustra en la figura1020(b),la resistencia de las celdas puede cambiar de ms de 1 milln de ohms a menos de 1000 ohms a medida que cambia la intensidad de la luz de oscuridad (iluminacin de menos de 0.01 fc) a la brillantez promedio de un cuarto (10 a100 fc).Las celdas fotoconductivas pueden usarse para muchos de los mismos propsitos que las celdas fotovoltaicas, excepto, por supuesto, que no pueden actuar como fuentes de energa. Las celdas fotoconductivas son preferidas sobre las celdas fotovoltaicas cuando se requiere una respuesta muy sensible a las condiciones cambiantes de luz.Cuando se requiere de una respuesta rpida, las celdas fotovoltaicas son preferibles a las celdas fotoconductivas. De la misma manera, si una fotocelda debe conmutarse rpidamente entre encendido y apagado, como se sugiere en la seccin 10-7- 1, se prefieren las celdas fotovoltaicas porque pueden conmutarse a mayores frecuencias que las celdas fotoconductivas. Como regla general, las celdas fotoconductivas no pueden conmutarse satisfactoriamente a frecuencias mayores de 1 kHz, en tanto que las celdas fotovoltaicas pueden conmutarse con xito a frecuencias de hasta unos 100 kHz, y a veces ms.

Sensor fotoelctricoUnsensor fotoelctricoofotoclulaes un dispositivo electrnico que responde al cambio en la intensidad de laluz. Estossensoresrequieren de un componente emisor que genera la luz, y un componente receptor que percibe la luz generada por el emisor. Todos los diferentes modos de sensado se basan en este principio de funcionamiento. Estn diseados especialmente para la deteccin, clasificacin y posicionado de objetos; la deteccin de formas, colores y diferencias de superficie, incluso bajo condiciones ambientales extremas.Los sensores de luz se usan para detectar el nivel de luz y producir una seal de salida representativa respecto a la cantidad de luz detectada. Un sensor de luz incluye untransductorfotoelctrico para convertir la luz a una seal elctrica y puede incluir electrnica para condicionamiento de la seal, compensacin y formateo de la seal de salida.El sensor de luz ms comn es el LDR -Light Dependant Resistor o Resistor dependiente de la luz-.Un LDR es bsicamente un resistor que cambia su resistencia cuando cambia la intensidad de la luz. Existen tres tipos de sensores fotoelctricos, los sensores por barrera de luz, reflexin sobre espejo o reflexin sobre objetos.Tipos de sensores[editar]Barrera de luz[editar]Las barreras tipo emisor-receptor estn compuestas de dos partes, un componente que emite el haz de luz, y otro componente que lo recibe. Se establece un rea de deteccin donde el objeto a detectar es reconocido cuando el mismo interrumpe el haz de luz. Debido a que el modo de operacin de esta clase de sensores se basa en la interrupcin del haz de luz, la deteccin no se ve afectada por el color, la textura o el brillo del objeto a detectar. Estos sensores operan de una manera precisa cuando el emisor y el receptor se encuentran alineados.Ventajas e Inconvenientes[editar]La luz solo tiene que atravesar el espacio de trabajo una vez, por lo que se favorecen grandes distancias de funcionamiento, hasta 60 metros. Son apropiadas para condiciones ambientales poco favorables, como suciedad, humedad, o utilizacin a la intemperie, as como independientemente del color del objeto realiza una deteccin precisa del objeto. La instalacin se ve dificultada por tener que colocar dos aparatos separados y con los ejes pticos alineados de manera precisa y delicada, ya que el detector emite en infrarrojos. Adems de la imposibilidad de que sean transparentes..Precauciones de montaje[editar]A la hora del montaje hay que tener en cuenta las superficies reflectantes cercanas a los dispositivos, provocando un mal funcionamiento de la fotoclula. Tambin hay que tener en cuenta las posibles interferencias mutuas por la cercana de varios de estos dispositivos, adems de controlar los ambientes sucios, ya que la suciedad afecta negativamente en la lente emisora.Reflexin sobre espejo[editar]Tienen el componente emisor y el componente receptor en un solo cuerpo, el haz de luz se establece mediante la utilizacin de un reflector catadiptico. El objeto es detectado cuando el haz formado entre el componente emisor, el reflector y el componente receptor es interrumpido. Debido a esto, la deteccin no es afectada por el color del mismo. La ventaja de las barreras rflex es que el cableado es en un solo lado, a diferencia de las barreras emisor-receptor que es en ambos lados. Hay dos tipos de fotoclulas de reflexin sobre objeto, las de reflexin difusa y las de reflexin definida.Ventajas e Inconvenientes[editar]En estas fotoclulas el haz de luz recorre dos veces la distancia de deteccin, con lo cual las distancias de trabajo que se consiguen son medias (de unos 15 metros). El espejo es fcil de instalar, y no se necesita cableado hasta el mismo, por lo que solo hay que cablear un detector. Adems de ser vlidos para deteccin de objetos opacos, tambin cubren eficientemente aplicaciones con deteccin de objetos con cierto grado de transparencia. El problema ms llamativo es que el objeto a detectar tiene que ser mayor que el espejo y, a ser posible, no reflectante, adems de que la alineacin tiene que ser precisa.Precauciones de montaje[editar]Un objeto con superficie reflectante puede provocar errores de deteccin. esto se puede evitar haciendo que la reflexin del objeto a detectar no tenga la misma inclinacin que el haz del detector.Reflexin sobre objeto[editar]La luz infrarroja viaja en lnea recta, en el momento en que un objeto se interpone el haz de luz rebota contra este y cambia de direccin permitiendo que la luz sea enviada al receptor y el elemento sea censado, un objeto de color negro no es detectado ya que este color absorbe la luz y el sensor no experimenta cambios.Reflexin difusa[editar]En las fotoclulas de reflexin difusa sobre el objeto el emisor lanza un haz de luz; los rayos del haz se pierden en el espacio si no hay objeto, pero cuando hay presencia de objeto, la superficie de ste produce una reflexin difusa de la luz, parte de la cual incide sobre el receptor y se cambia as la seal de salida de la fotoclula.Reflexin definida[editar]La reflexin en la superficie del objeto a detectar por las fotoclulas de reflexin definida normalmente es de carcter difuso, como en los sensores de reflexin difusa, o sea que los rayos reflejados salen sin una trayectoria determinada. Esto es muy importante, para no caer en la falsa idea de que la diferencia respecto a los sensores de reflexin difusa est en el tipo de reflexin; lo est en el tipo de ptica empleada. En las fotoclulas de reflexin definida la fuente de luz est a una distancia mayor que la distancia focal, por lo que el haz converge a un punto del eje pticoVentajas e Inconvenientes[editar]Las fotoclulas de reflexin sobre objeto se componen nicamente de un emisor y un receptor montados bajo una misma carcasa, por lo que el montaje es sencillo y rpido. En estas fotoclulas el haz de luz recorre dos veces la distancia de deteccin y adems el objeto puede ser de reflectividad baja, por lo que slo se consiguen distancias de deteccin pequeas (por lo general menos de un metro.Tipos de sensores de luz[editar] Fotorresistencia Fotodiodo Fototransistor Clula fotoelctrica Sensor CCD Sensor CMOSFotodiodoUnfotodiodoes unsemiconductorconstruido con unaunin PN, sensible a la incidencia de laluz visibleoinfrarroja. Para que su funcionamiento sea correcto se polariza inversamente, con lo que se producir una cierta circulacin de corriente cuando sea excitado por la luz. Debido a su construccin, los fotodiodos se comportan comoclulas fotovoltaicas, es decir, en ausencia de luz exterior generan una tensin muy pequea con el positivo en elnodoy el negativo en elctodo. Esta corriente presente en ausencia de luz recibe el nombre decorriente de oscuridad.UsoA diferencia delLDR, el fotodiodo responde a los cambios de oscuridad a iluminacin y viceversa con mucha ms velocidad, y puede utilizarse en circuitos con tiempo de respuesta ms pequeo. Se usa en los lectores de CD, recuperando la informacin grabada en el surco del Cd transformando la luz del haz lser reflejada en el mismo en impulsos elctricos para ser procesados por el sistema y obtener como resultado los datos grabados. Usados en fibra pticaFototransistorSensible a la luz, normalmente a losinfrarrojos. La luz incide sobre la regin de base, generando portadores en ella. Esta carga de base lleva el transistor al estado de conduccin. El fototransistor es ms sensible que elfotodiodopor el efecto degananciapropio del transistor.Un fototransistor es igual a un transistor comn, con la diferencia que el primero puede trabajar de 2 formas: Como transistor normal con la corriente de base Ib (modo comn). Como fototransistor, cuando la luz que incide en este elemento hace las veces de corriente de base. Ip (modo de iluminacin). Puede utilizarse de las dos en formas simultneamente, aunque el fototransistor se utiliza principalmente con el pin de la base sin conectar.