La electrónica moderna ha avanzado enormemente gracias a componentes capaces de interactuar con el entorno, y dentro de este fascinante mundo, los fototransistores ocupan un lugar destacado por su capacidad para traducir la luz en señales eléctricas de gran utilidad. Si alguna vez te han llamado la atención los sensores de obstáculos en robótica o los detectores de luz en sistemas inteligentes, es muy probable que detrás de estas aplicaciones se encuentre un fototransistor como el L14G2, o módulos como el KY-032, que combinan emisores y receptores infrarrojos para hacer magia.
En este artículo vamos a sumergirnos de lleno en el universo de los fototransistores, explicando qué son, cómo funcionan, qué diferencias tienen con otros sensores ópticos, y en qué se parecen y diferencian modelos tan populares como el L14G2 y el KY-032. Además, vamos a ver ejemplos prácticos de uso, esquemas de conexión, códigos y hasta consejos de montaje para que puedas aplicarlos en tus propios proyectos, tanto si eres un principiante curioso como si ya tienes experiencia en el mundo maker.
¿Qué es un fototransistor y cómo funciona?
El fototransistor es un dispositivo semiconductor que basa su funcionamiento en la detección de luz para generar una corriente eléctrica proporcional a la intensidad luminosa que recibe. Mientras que un transistor convencional conmutaría en función de la corriente aplicada a la base, el fototransistor utiliza la luz en vez de una señal eléctrica. Esto lo convierte en la opción ideal para aplicaciones donde la detección de presencia o intensidad lumínica es clave.
Nació a partir de los desarrollos en los Laboratorios Bell en los años 50 cuando se dieron cuenta de que los transistores, al eliminar su cubierta opaca y exponer el material semiconductor a la luz, generaban una corriente interna sin necesidad de excitar la base eléctricamente. Así nació el primer fototransistor, marcando un gran avance en la optoelectrónica y permitiendo el desarrollo de sensores de todo tipo.
A nivel estructural, el fototransistor mantiene la arquitectura típica del transistor bipolar, pero con una región base y colector de mayor tamaño para maximizar la captación de luz. El material más usado es el silicio, aunque también existen dispositivos a base de arseniuro de galio o germanio para aplicaciones específicas, como la detección de infrarrojos o de luz ultravioleta.
Símbolos y tipos de fototransistores
En los esquemas eléctricos, el fototransistor se representa como un transistor de tipo NPN o PNP, pero añadiendo dos flechas que apuntan hacia la unión base-colector, indicando la sensibilidad a la luz. Si la flecha del emisor apunta hacia fuera es NPN; si apunta hacia dentro, es PNP.
La base habitualmente queda desconectada (no conectada al circuito), ya que la luz basta para activar la conducción interna. No obstante, en montajes avanzados, la base puede polarizarse para modificar el umbral de activación según se requiera.
Propiedades técnicas de los fototransistores
La elección de un fototransistor depende de varias características técnicas que conviene conocer para acertar en la elección de un componente u otro en función de la aplicación:
- Ganancia (β): Multiplica la corriente generada por la luz. Puede variar desde 50 hasta 10.000 en dispositivos avanzados.
- Sensibilidad: Los fototransistores son muy sensibles incluso a bajas intensidades lumínicas.
- Tiempo de respuesta: De varios microsegundos a nanosegundos según el material y la estructura.
- Frecuencia de operación: Limitada en algunos casos a unos 250 kHz, aunque hay fototransistores de alta velocidad que superan ampliamente el MHz.
- Corriente oscura: Pequeña corriente que circula sin incidencia de luz; puede ser útil o problemática según el montaje.
- Material: Silicio, arseniuro de galio, germanio, nitruro de galio o fosfuro de indio según el espectro de luz a detectar.
- Rango espectral: Los de silicio suelen responder bien al visible y al infrarrojo cercano, mientras que otros materiales cubren desde UV hasta IR profundo.
Principales aplicaciones de los fototransistores
Son extremadamente versátiles, lo que explica su presencia en multitud de soluciones comerciales e industriales. Las aplicaciones más frecuentes son:
- Sensores de luz ambiental para activar sistemas de iluminación automática o regular la intensidad de pantallas.
- Detectores de obstáculos en robótica, como veremos con el KY-032, muy útil en robots seguidores de línea o sumos.
- Contadores ópticos (por ejemplo en sistemas de control de accesos, o en máquinas de contar producción en serie).
- Lectores de tarjetas y codificadores ópticos, donde la luz refleja en bandas negras/blancas o en el propio chip de la tarjeta.
- Sistemas de seguridad, como barreras de infrarrojos en puertas automáticas o alarmas antiintrusión.
- Mandos a distancia y receptores infrarrojos, donde la señal IR modula la transmisión de datos.
- Detectores de movimiento y sistemas de conteo en aplicaciones domóticas o industriales.
El fototransistor L14G2: características y usos
El L14G2 es uno de los fototransistores más conocidos y empleados en multitud de aplicaciones gracias a su fiabilidad, bajo coste y facilidad de integración. Es del tipo NPN y está optimizado para trabajar en el rango de luz visible e infrarroja cercana, resultando ideal para proyectos didácticos y experimentales.
Entre sus especificaciones destaca una alta ganancia, baja corriente oscura y unos tiempos de respuesta rápidos, por lo que es muy apreciado en sensores de velocidad, sistemas de codificación óptica y sobre todo en montajes de detección de presencia mediante barrera infrarroja.
El encapsulado típico del L14G2 es el TO-18 metálico, con ventana transparente para permitir la máxima captación de luz. Su conexión es realmente sencilla:
- Colector: conectado a la tensión de alimentación mediante una resistencia.
- Emisor: a masa o tierra (GND).
Al aplicar luz sobre el encapsulado, la corriente entre colector y emisor aumenta y puede detectarse como un cambio de nivel lógico en el circuito de control (por ejemplo, un microcontrolador o Arduino).
El sensor KY-032: funcionamiento y ventajas
El KY-032 es un módulo sensor basado en emisores y receptores de infrarrojos, diseñado para la detección de obstáculos a corta distancia, entre 2 y 40 cm, y compatible con Arduino y otros microcontroladores. Integra dos elementos clave: un LED emisor de IR y un fototransistor receptor, configurados de tal manera que el receptor sólo detecta la luz reflejada por un obstáculo.
Este sensor se ha vuelto muy popular en la robótica de iniciación, especialmente en robots seguidores de línea, minisumos y sistemas de evitación de obstáculos. Ofrece además la posibilidad de ajustar el umbral de detección mediante dos potenciómetros, uno para la sensibilidad (nivel mínimo de señal para activar la salida) y otro para la frecuencia de emisión.
Características técnicas del KY-032:
- Voltaje de alimentación: 3.3V – 5V (ideal para Arduino).
- Consumo: ≥ 20 mA.
- Rango de operación: -10 °C a +50 °C.
- Distancia de detección: 2-40 cm (variable según el ajuste de los potenciómetros y reflectancia del objeto).
- Ángulo de detección: 35° aproximadamente.
- Señal de salida (OUT): nivel bajo si hay obstáculo, alto si no lo detecta.
- Pines: GND, VCC, OUT (signal), EN (habilitación).
La ventaja más destacable del KY-032 es su sencillez de uso y versatilidad, ya que se adapta fácilmente a todo tipo de proyectos con microcontroladores, sin necesidad de componentes adicionales ni calibraciones complejas.
Diferencias y similitudes entre L14G2 y KY-032
Ambos dispositivos están estrechamente relacionados en cuanto al principio de funcionamiento, pero su uso y nivel de integración difieren notablemente:
- L14G2 es un fototransistor “puro”, válido para su integración en cualquier montaje electrónico personalizado, ya sea como barrera de luz, sensor de presencia, etc. Ofrece gran flexibilidad para montar circuitos a medida.
- El KY-032 es un módulo que integra en una misma placa emisor y receptor infrarrojo, con electrónica de adaptación y salida lista para conectar a un microcontrolador sin complicaciones. Es la opción ideal para quienes buscan rapidez, compatibilidad y facilidad de uso.
- El L14G2 puede usarse en esquemas complejos donde se requiera personalizar todos los parámetros eléctricos, mientras que el KY-032 se centra en la detección de obstáculos plug-and-play, especialmente en robótica de educación.
Ejemplo de conexión y código con Arduino: KY-032
Uno de los usos estrella es la integración del KY-032 en robots autónomos que requieren evitar obstáculos. Su conexión es directa y apta para todos los niveles, desde niños hasta makers experimentados.
Material necesario:
- Arduino (cualquier modelo: UNO, Nano, Pro Mini, Leonardo…)
- Sensor KY-032
- Cables de conexión (pueden ser macho-hembra o directo en protoboard)
- (Opcional) LED o buzzer de aviso
Conexión de pines:
- GND del KY-032 a GND en Arduino
- VCC del KY-032 a 3.3V o a 5V en Arduino
- OUT a un pin digital, por ejemplo D3
- EN sin conectar (opcional, puedes dejarlo al aire si no necesitas habilitación/remoto)
Código básico (detección de obstáculo y aviso por monitor serie):
int sensorPin = 3; // Pin donde está conectado OUT
void setup(){
Serial.begin(9600);
pinMode(sensorPin, INPUT);
}
void loop(){
bool detected = digitalRead(sensorPin);
if(detected == HIGH){
Serial.println("Sin obstáculos");
}else{
Serial.println("Obstáculo detectado");
}
Serial.println("------------------------");
delay(500);
}
Este código puede extenderse fácilmente para activar un LED, buzzer o para controlar el movimiento de motores, permitiendo detener el robot o girar si detecta una pared o cualquier objeto delante.
Configuración y ajuste del KY-032
El KY-032 incorpora dos potenciómetros que permiten personalizar el funcionamiento del módulo. Uno ajusta el nivel umbral de la señal de detección (más o menos sensible) y el otro modifica la frecuencia de emisión del transmisor. De esta forma puedes adaptarlo según la reflectancia de los materiales, la iluminación ambiente y la distancia deseada.
En su PCB pueden verse otros elementos como resistencias SMD, LEDs indicadores y el conector de 4 pines. La posibilidad de ajustar el filtro óptico y el paso de banda interno (en torno a los 38 kHz) permite filtrar interferencias y garantizar que sólo responde a la luz infrarroja de esa frecuencia.
Materiales y recomendaciones de montaje
Para trabajar cómodamente con el KY-032 y el L14G2 puedes emplear una protoboard para pruebas rápidas o incluso soldar directamente los cables si buscas una integración permanente. Recuerda comprobar siempre la polaridad de los pines antes de alimentar el módulo para evitar daños.
El KY-032 soporta perfectamente tanto 3.3V como 5V, por lo que es apto para la gran mayoría de placas Arduino y microcontroladores. Si usas el L14G2, tendrás que añadir la resistencia adecuada en el colector para ajustar la sensibilidad y evitar sobrecalentamientos.
En caso de que quieras usar varias unidades en el mismo robot (por ejemplo, para detección frontal y lateral), simplemente conecta cada OUT a diferentes pines digitales y adapta el código para que controle el movimiento o la respuesta según la zona donde se detecte el obstáculo.
Algunas curiosidades y ventajas adicionales
En comparación con otros sensores, los basados en fototransistores ofrecen una excelente relación entre coste, velocidad y facilidad de integración. A diferencia de los sensores ultrasónicos (como el famoso HC-SR04, que mide distancias por eco), los sensores IR no requieren componentes móviles, son totalmente silenciosos y pueden operar en entornos donde el sonido no sea práctico.
Otra ventaja es su inmunidad a la luz visible (gracias al filtro óptico interno), lo que minimiza falsas detecciones debidas a cambios de iluminación ambiental. Además, tanto el L14G2 como el KY-032 pueden utilizarse en ambientes industriales o exteriores con mínimas adaptaciones.
Finalmente, destacar que el coste de ambos dispositivos es muy reducido, situándose el KY-032 en torno a 1,5 – 4 euros y el L14G2 aún más barato, haciendo que cualquier persona pueda experimentar, aprender y crear sus propios proyectos desde cero.
Aunque estos sensores son de bajo coste y facilidad de uso, su utilidad en aplicaciones reales es muy alta, permitiendo desde proyectos educativos hasta sistemas industriales complejos. Los fototransistores y módulos como el KY-032 aportan una gran versatilidad para integrar la percepción de luz o obstáculos en cualquier creación tecnológica.