Em um laboratório de óptica, deseja-se medir a potência...

Em um laboratório de óptica, deseja-se medir a potência radiante emitida por um LED vermelho sobre um fotodetector BPW34. Para isso, pretende-se utilizar um amplificador operacional 741 em configuração de transimpedância (circuito que converte a corrente gerada pelo fotodiodo em uma tensão proporcional, por meio de um resistor de realimentação), seguido de leitura pelo conversor analógico-digital (ADC) de um módulo Arduino UNO. O sistema deve ser capaz de operar em três níveis de corrente no LED (5 mA, 7,5 mA e 10 mA), com saída no intervalo de 0 a 5 V.

Considere que o LED vermelho apresenta tensão direta típica de 2,0 V quando conduz. A fonte de alimentação é de 5 V, e para limitar a corrente deve ser escolhido um resistor em série com o LED.

Para responder aos itens, utilize a tabela a seguir de valores de resistores disponíveis:

Explique detalhadamente como você projetaria esse sistema, incluindo:

a) Qual deve ser o resistor limitador de corrente para o LED de forma a obter um valor de corrente, aproximadamente, igual a (i) 5 mA, (ii) 7,5 mA e (iii) 10 mA?

b) Considerando que o fotodiodo gera correntes da ordem deμA (𝐼_ph) (ou seja, valores entre 1 e 10μA) quando iluminado pelo LED, escolha uma faixa de valores adequados para o resistor de realimentação (não necessariamente presente na lista) do amplificador de transimpedância, de modo que a saída do circuito se mantenha dentro da faixa 1–5 V para o ADC do Arduino. Justifique sua escolha e descreva por que a escolha desse resistor é importante.

c) Como calcular, a partir da tensão medida no Arduino, a potência radiante incidente no fotodetector, usando um ou mais dados da tabela reduzida com parâmetros do BPW34 a seguir? Considerando correntes no fotodiodo da ordem de μA, quais valores típicos da potência obtida?

Tabela reduzida com parâmetros do fotodetector BPW34