fotochopper

Un fotochopper es un circuito optoelectrónico que toma una entrada de corriente continua constante y la modula en una señal alterna o pulsada a una frecuencia mucho más alta, típicamente en el rango de kilohertz a megahertz. El dispositivo logra esto interrumpiendo mecánica o electrónicamente un haz de luz a alta velocidad, utilizando un fotodiodo o un tubo fotomultiplicador para detectar las interrupciones y regenerar la señal. El resultado es una salida de onda cuadrada o "troceada" que puede ser amplificada, filtrada o demodulada posteriormente.

El fotochopper mecánico clásico utiliza un disco giratorio o un diapasón con secciones opacas y transparentes que bloquean alternativamente la luz de una lámpara a medida que pasa por un fotodetector. La velocidad del disco determina la frecuencia de "troceado". Las versiones modernas de estado sólido reemplazan el elemento mecánico con un diodo emisor de luz (LED) que se enciende y apaga electrónicamente, o un modulador de luz semiconductor. Ambos enfoques desacoplan la entrada de CC de variación lenta de los circuitos de detección de alta frecuencia, lo que mejora la relación señal/ruido y permite la amplificación de CA donde la amplificación de CC se desviaría o fallaría.

Los fotochoppers aparecen con frecuencia en instrumentación de precisión: los amplificadores lock-in los utilizan para modular y demodular señales débiles enterradas en el ruido, mientras que los sistemas de medición óptica los emplean para extraer componentes de CA de las salidas de fotodiodos sin pérdidas por acoplamiento capacitivo. Los equipos médicos y los instrumentos analíticos también utilizan fotochoppers para separar las señales de medición del fondo de CC y la deriva térmica. La técnica es especialmente valiosa cuando la impedancia de entrada es muy alta o cuando no se pueden usar condensadores.

Desgaste y limitaciones

Los fotochoppers mecánicos sufren de desgaste de los rodamientos, contaminación por polvo de la trayectoria óptica e inestabilidad de la velocidad si el accionamiento del motor es ruidoso. La sincronización con circuitos externos requiere un ajuste cuidadoso de la frecuencia de "troceado". Las versiones semiconductoras evitan estos problemas mecánicos, pero introducen no linealidad y sensibilidad a la temperatura en el LED o modulador, y la velocidad de conmutación establece un límite superior estricto en la frecuencia alcanzable. Los errores en el ciclo de trabajo (tiempos de encendido y apagado desiguales) corrompen la simetría de la salida e introducen distorsión armónica.

El término fotochopper refleja su doble naturaleza: es fundamentalmente un chopper (un circuito que "trocea" o conmuta una señal), implementado utilizando fotónica (el fotodetector y la fuente de luz). En la literatura antigua puede aparecer como chopper óptico o chopper de fotomultiplicador cuando un tubo fotomultiplicador es el elemento sensor. El dispositivo se encuentra en la frontera entre la instrumentación mecánica y electrónica, y los diseños modernos tienden hacia implementaciones totalmente electrónicas donde el elemento óptico se convierte en un detalle secundario del mecanismo de conmutación.