Fotoscópio

Prof. Luiz Ferraz Netto
leobarretos@uol.com.br

Objetivo
Construir um dispositivo bastante simples, porém capaz de detetar pequenas variações de intensidade luminosa. Conversão de energia luminosa em energia elétrica. Vamos "ouvir" as luzes?

Introdução
Um transistor comum de potência pode ser preparado para funcionar como um sensível receptor de sinais ópticos, oferecendo respostas rápidas e suficientemente capaz de 'sentir' formas e variações de intensidades luminosas que não percebemos. Com um dispositivo assim montado, poderemos verificar a existência de infravermelho remoto em várias fontes 'invisíveis', variações luminosas em fontes de luz distantes (lâmpadas, estrelas etc.) e, até mesmo, fazer um telégrafo experimental com ondas luminosas.

Todos os transistores são componentes sensíveis à luz; dai o fato de todos serem produzidos 'encapsulados' para que a luz ambiente não interfira em seu funcionamento normal. Transistores especiais, denominados fototransistores são projetados com uma 'janela transparente' em seu invólucro, justamente para aproveitar essa propriedade de ser sensível à luz.

Um transistor apresenta três terminais e é representado como se ilustra abaixo, em (a). O fototransistor, por sua vez, pode apresentar apenas dois terminais (coletor e emissor), e sua representação gráfica é como se vê abaixo, em (b), com setas voltadas para a base mostrando que essa é sensível à luz.

Desse modo, quando a base do fototransistor é sensibilizada pela luz (incidindo nas junções semicondutoras e liberando portadores de carga), ele estará habilitado a conduzir; quando essa não for sensibilizada ele estará bloqueado. Essa chave eletrônica, mais propriamente, esse registro controlado pela onda eletromagnética, comandará a corrente entre coletor e emissor.

O projeto
A idéia, como se expõe acima, é simples: converter as variações da intensidade da luz em impulsos elétricos que podem, a seguir, serem convertidos em energia mecânica, quer acionando nosso galvanoscópio ou um medidor VU ou ainda um fone de ouvido, sendo, portanto, traduzidos em sons. Nosso conversor de luz em impulsos elétricos não será um fototransistor comercial (não teria 'graça'!), será um fototransistor improvisado a partir de um transistor de potência fora de uso ou mesmo aproveitado de um velho amplificador ou televisor. Podemos utilizar o conhecido 2N3055 (abaixo ilustrado), o AD162 ou qualquer outro que tenha uma cobertura metálica em seu invólucro (e que possa ser retirada sem danificar o 'chip' de silício de seu interior!).

Com uma serra de dentes finos, corte ao redor da 'tampa' do transistor, fixando-o à morsa pela sua parte plana (coletor). Já consegui tirar esse 'chapeuzinho' com uma boa chave de fenda!
Expondo a pastilha de silício (chip) à luz ela converterá a energia luminosa incidente em energia elétrica útil; é o mesmo princípio das pilhas e células solares. Um só transistor assim preparado, não pode converter muita energia (pois a quantidade de portadores liberados depende do tamanho da pastilha), que no caso é bem pequena: a tensão entre coletor e emissor é da ordem dos 0,6 V sob correntes de alguns miliampères.
Para obter mesma tensão, porém correntes mais intensas, teremos que associar em paralelos (coletor com coletor, emissor com emissor), vários transistores assim preparados. Para aumentar a tensão disponível eles devem ser associados em série (coletor com emissor). Eis uma associação mista bem conveniente para a alimentação de projetos de pequena potência (motores CC, calculadoras, relógios digitais etc.):

Contentemo-nos com um e deixaremos ao cargo do leitor outras incursões e variações nas montagens.
Essa tensão variável com a intensidade da luz incidente, disponível entre coletor e emissor em nosso fotoscópio, é suficiente para excitar fones de ouvido e até pequenos alto falantes ou instrumentos de medidas bem sensível (galvanoscópio, medidor VU etc.).

Experimentos
Eis abaixo a ilustração de um VU-meter (microamperímetro) ligado ao 2N3055 sem sua cobertura, excelente para demonstrar a conversão de energia luminosa em elétrica ao iluminarmos o chip do transistor.

Para nosso fotoscópio, como pesquisador, interessa mais as variações da intensidade da luz pois, como vamos usar um fone de ouvido como transdutor (em lugar do VU-meter acima), elas serão convertidas em som (ilustração abaixo, à esquerda). Um novo mundo sonoro se descortina.
Apontando a parte sensível do fotoscópio para uma lâmpada fluorescente, você ouvirá um ronco que traduz a modulação de 120 Hz (a lâmpada fluorescente acende e apaga 120 vezes por segundo na rede elétrica de 60 Hz). Esse experimento fica mais direcional e sensível se você adaptar um tubo de papelão ou PVC sobre a parte cortada do transistor e colocar uma pequena lente nesse tubo. Ilustramos abaixo, à direita, essas adaptações.

Observe que o foco da lente deve recair sobre a pastilha sensível. O mais recomendável é você obter uma lente convergente de pequena distância focal, digamos 5 a 7 cm, e cortar o tubo de acordo com essa distância focal. Se a distância focal for de 5 cm, ou seja, 0,05 m, essa lente terá 1/0,05 = +20 di (20 graus, no linguajar popular), e a distância da lente até o fundo do tubo deverá ser de 5 cm.

Encerrando
Os sons ouvidos no fone representam as variações da intensidade da luz (ou radiação) incidente, que podem ser muito rápidas para que sejam percebidas por nossos olhos. Vire o tubo para a fonte, que pode ser:

lâmpada fluorescente,
TV,
lâmpada comum,
Lua,
estrelas,
lâmpadas distantes,
vela,
LED do controle remoto (enquanto está sendo acionado numa dada função) etc.,

e aprecie os mais variados tipos de sons (procure explicar aquilo que está ouvindo).
Na ligação do fone ao transistor, um dos fios vai à carcaça do transistor (coletor), o outro é ligado à base, ao emissor ou ambos, escolha aquela que determinar maior sensibilidade.

Divirta-se com a Ciência.