DISPOSITIVOS FOTOELCTRICOS DE DOS TERMINALES CARACTERSTICAS BSICAS

EXPERIMENTO 5

II. OBJETIVOS:

1. Verificar experimentalmente las caractersticas de funcionamiento de un LED.

1. Verificar experimentalmente las caractersticas de funcionamiento de un LDR.

1. Verificar experimentalmente las caractersticas de funcionamiento de un fotodiodo.

III. INTRODUCCION TEORCA:

1. Diodo LED:

ElLED(Light-EmittingDiode: Diodo Emisor deLuz), es un dispositivo semiconductor que emite luz incoherente de espectro reducido cuando se polariza de forma directa la unin PN en la cual circula por l unacorriente elctrica. Este fenmeno es una forma de electroluminiscencia, el LED es un tipo especial de diodo que trabaja como un diodo comn, pero que al ser atravesado por la corriente elctrica, emite luz. Este dispositivo semiconductor est comnmente encapsulado en una cubierta deplsticode mayorresistenciaque las devidrioque usualmente se emplean en las lmparas incandescentes. Aunque el plstico puede estar coloreado, es slo por razones estticas, ya que ello no influye en elcolorde la luz emitida. Usualmente un LED es una fuente de luz compuesta con diferentes partes, razn por la cual el patrn de intensidad de la luz emitida puede ser bastante complejo.Para obtener una buena intensidad luminosa debe escogerse bien la corriente que atraviesa el LED y evitar que este se pueda daar; para ello, hay que tener en cuenta que el voltaje de operacin va desde 1,8 hasta 3,8 voltios aproximadamente (lo que est relacionado con el material de fabricacin y el color de la luz que emite) y la gama de intensidades que debe circular por l vara segn su aplicacin.Los Valorestpicos de corriente directa de polarizacin de un LED estn comprendidos entre los 10 y 20 miliamperios (mA) en losdiodosde color rojo y de entre los 20 y 40 miliamperios (mA) para los otrosLED. Losdiodos LEDtienen enormes ventajas sobre las lmparas indicadoras comunes, como su bajoconsumode energa, su mantenimientocasi nulo y con una vida aproximada de 100,000 horas. Para la proteccin del LED en caso haya picos inesperados que puedan daarlo. Se coloca en paralelo y en sentido opuesto un diodo de silicio comn.En general, los LED suelen tener mejoreficienciacuanto menor es la corriente que circula por ellos, con lo cual, en su operacin de forma optimizada, se suele buscar un compromiso entre la intensidad luminosa que producen (mayor cuanto ms grande es la intensidad que circula por ellos) y la eficiencia (mayor cuanto menor es la intensidad que circula por ellos).

ESTRUCTURA DEL LED:

Tecnologa LED/OLED En corriente contnua (DC), todos los diodos emiten una cierta cantidad de radiacin cuando los pares electrn-hueco se recombinan, es decir, cuando los electrones caen desde la banda de conduccin (de mayor energa) a la banda de valencia (de menor energa). Indudablemente, la frecuencia de la radiacin emitida y, por ende, su color, depender de la altura de la banda prohibida (diferencias de energa entre las bandas de conduccin y valencia), es decir, de los materiales empleados. Los diodos convencionales, de silicio o germanio, emiten radiacin infrarroja muy alejada del espectro visible. Sin embargo, con materiales especiales pueden conseguirse longitudes de onda visibles. Los LED e IRED, adems tienen geometras especiales para evitar que la radiacin emitida sea reabsorbida por el material circundante del propio diodo, lo que sucede en los convencionales.

Compuestos empleados en la construccin de LED. Los primeros diodos construidos fueron los diodos infrarrojos y de color rojo, permitiendo el desarrollo tecnolgico posterior la construccin de diodos para longitudes de onda cada vez menores. En particular, los diodos azules fueron desarrollados a finales de los 90 por Shuji Nakamura, aadindose a los rojos y verdes desarrollados con anterioridad, lo que permiti, por combinacin de los mismos, la obtencin de luz blanca. El diodo de seleniuro de zinc puede emitir tambin luz blanca si se mezcla la luz azul que emite con la roja y verde creada por fotoluminiscencia. La ms reciente innovacin en el mbito de la tecnologa LED son los diodos ultravioletas, que se han empleado con xito en la produccin de luz blanca al emplearse para iluminar materiales fluorescentes. Tanto los diodos azules como los ultravioletas son caros respecto de los ms comunes (rojo, verde, amarillo e infrarrojo), siendo por ello menos empleados en las aplicaciones. Conexin La diferencia de potencial vara de acuerdo a las especificaciones relacionadas con el color y la potencia soportada.En trminos generales puede considerarse:1. Rojo = 1,6V 1. Rojo alta luminosidad = 1,9V 1. Amarillo = 1,7V a 2V 1. Verde = 2,4V 1. Verde alta luminosidad = 3,4V 1. Naranja = 2,4V 1. Blanco brillante = 3,4V 1. Azul = 3,4V 1. Azul 430nm = 4,6V 1. Blanco = 3,7V

Luego mediante la ley de Ohm, puede calcularse la resistencia adecuada para la tensin de la fuente que utilicemos.

El trmino I, en la frmula, se refiere al valor de corriente para la intensidad de luminosa que necesitamos. Lo comn es de 10 para LEDs de baja luminosidad y 20mA para LEDs de alta luminosidad; un valor superior puede inhabilitar el LED o reducir de manera considerable su tiempo de vida.APLICACIONES DE LOS LED

Losdiodosinfrarrojos (IRED) se emplean desde mediados del siglo XX en mandos a distancia de televisores, habindose generalizado su uso en otros electrodomsticos como equipos deaireacondicionado, equipos demsica, etc. y en general para aplicaciones decontrolremoto, as como en dispositivos detectores. Los LED se emplean con profusin en todo tipo de indicadoresdeestado(encendido/apagado) en dispositivos de sealizacin (de trnsito, de emergencia, etc.) y en paneles informativos. Tambin se emplean en el alumbrado de pantallas de cristal lquido de telfonos mviles, calculadoras, agendas electrnicas, etc., as como en bicicletas y usos similares. Existen ademsimpresorasLED.Tambin se usan los LED en el mbito de lailuminacin(incluyendo la sealizacin de trfico) es moderado y es previsible que se incremente en el futuro, ya que susprestacionesson superiores a las de la lmpara incandescente y la lmpara fluorescente, desde diversos puntos de vista. La iluminacin con LED presenta indudablesSe utiliza ampliamente en aplicaciones visuales, como indicadoras de cierta situacin especfica de funcionamiento y desplegar contadores- Para indicar la polaridad de una fuente dealimentacinde corriente continua.- Para indicar la actividad de una fuente de alimentacin de corriente alterna.- En dispositivos de alarma.

VENTAJAS DEL LEDFiabilidad, mayoreficienciaenergtica, mayorresistenciaa las vibraciones, mejor visin ante diversas circunstancias de iluminacin, menor disipacin de energa, menorriesgopara el medioambiente, capacidad para operar de forma intermitente de modo continuo, respuesta rpida, etc. Asimismo, con LED se pueden producir luces de diferentescolorescon un rendimiento luminoso elevado, a diferencia de muchas de las lmparas utilizadas hasta ahora, que tienen filtros para lograr un efecto similar (lo que supone una reduccin de su eficiencia energtica). Todo ello pone de manifiesto las numerosas ventajas que los LED ofrecen. Tambin se utilizan en la emisin desealesde luz que se trasmiten a travs de fibraptica.

DESVENTAJAS DEL LED

Las desventajas deldiodo LEDson que supotenciade iluminacin es tan baja, que su luz es invisible bajo una fuente de luz brillante y que su ngulo de visibilidad est entre los 30 y 60. Este ltimo problema se corrige con cubiertas difusores de luz.FOTORRESISTENCIA (LDR)Es un componente electrnico cuya resistencia disminuye con el aumento de intensidad de luz incidente. Puede tambin ser llamado concha de day coronel fotorresistor, fotoconductor, clula fotoelctrica o resistor dependiente de laluz, cuyas siglas, LDR, se originan de su nombre en ingls light-dependent resistor. Su cuerpo est formado por una clula o celda y dos patillas.

Aplicaciones:Hay muchas aplicaciones en las que una fotorresistencia es muy til. En casos en que la exactitud de los cambios no es importante como en los circuitos: - Luz nocturna de encendido automtico, que utiliza una fotorresistencia para activar una o ms luces al llegar la noche. - Rel controlado por luz, donde el estado de iluminacin de la fotorresistencia, activa o desactiva un Relay (rel), que puede tener un gran nmero de aplicaciones.

FOTODIODOS:Unfotodiodoes 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.

Smbolo

IV. MATERIAL Y EQUIPO:

1. Un Multmetro digital.

1. Un Miliampermetro.

1. Una Fuente de Corriente Continua Variable.

1. Un Voltmetro de c.c.

1. Cables y conectores.

6. Resistencia de: 51K , 1K y 510 .

7. Un Micro ampermetro.

8. Un LED.

9. Un LDR (fotorresistencia).

10. Un fotodiodo (azul pequeo).

V. PROCEDIMIENTO:

0. Verificacin de un LED.

0. Identificar en el LED sus extremos (nodo y Ctodo).

0. Usando un ohmimetro verificar sus resistencias directa e inversa. Llenar la Tabla 1.

Tabla 1

R DirectaR Inversa

1822> 30 M

0. Ajustar la fuente de corriente continua a un voltaje comprendido entre 2 a 3v, y verificar la propiedad luminiscente del LED (No usar mayor voltaje).

0. Armar el siguiente circuito:

0. Ajustar los valores de voltaje de la fuente de c.c., segn se indica en la Tabla 2.Anotar los valores ledos por el miliampermetro y el voltmetro.

Tabla 2

Vcc(v.)1.891.952.152.493.033.64.655.77.2

Id(mA.)0.10.20.51.02.03.05.07.010.0

Vd(v.)1.801.831.881.921.971.992.022.062.103

0. Verificacin de un LDR (fotorresistencia).

1. Usando el ohmmetro, verificar la propiedad fotoelctrica del LDR, anotar su valor Resistivo en la Tabla 3.

Tabla 3

R (Oscuridad)R (Iluminado)

> 30 M498

1. Armar el siguiente circuito:

1. Medir el voltaje en el LDR y anotar los daros en la Tabla 4.

Tabla 4

VLDR (Oscuridad)VLDR (Iluminado)

10.1v2.3v

LED: ApagadoLED: Encendido

0. Verificacin de un fotodiodo.

2. Usando el ohmimetro, verificar la propiedad fotoelctrica del fotodiodo, anotar su valor resistivo en la Tabla 5.

Tabla 5

R (Oscuridad)( )R (Iluminado)( )

> 30 M422

2. Armar el circuito mostrado:

El micro ampermetro deber estar en la escala de 150A(por lo menos). Llenar la Tabla 6). Tabla 6I (Oscuridad)( A)I (Iluminado) (A)

0A118A

VI. CUESTIONARIO FINAL:

1. Explicar lo que sucede con el LED al realizar las actividades del Paso 1.Al armar el circuito del paso 1 pudimos notar que el diodo led enciende cada vez con mayor luminosidad al ir aumentando la corriente en el circuito, por consiguiente a travs del led.Tambin pudimos notar que el led solo enciende cuando esta polarizado directamente, esto el nodo al positivo y el ctodo al negativo y cuando el led est polarizado inversamente ya no enciende.El led es un tipo especial de diodo que se comporta como un diodo comn pero a diferencia de ellos cuando la corriente circula por el led se produce una emisin de luz.El LED es un tipo especial de diodo, que trabaja como un diodo comn, pero que al ser atravesado por la corriente elctrica, emite luz. Existen diodos LED de varios colores que dependen del material con el cual fueron construidos. Hay de color rojo, verde, amarillo, mbar, infrarrojo. Dependiendo del material de que est hecho el LED, ser la emisin de la longitud de onda y por ende el color.Debe de escogerse bien la corriente que atraviesa el LED para obtener una buena intensidad luminosa y evitar que este se pueda daar. El LED tiene un voltaje de operacin que va de 1.5 V a 2.2 voltios. Aproximadamente y la gama de corrientes que debe circular por l est entre los 10 y 20 miliamperios (mA) en los diodos de color rojo

2. Explicar el funcionamiento del LDR usado en el paso 2.

Al armar el circuito del paso 2 notamos que cuando la fotorrestencia no le llegaba luz el led no encenda ya que la resistencia era muy grande.

Caso contrario cuando a la fotorresistencia era incidida por luz el led encenda ya que la resistencia era baja.

Una fotorresistencia es un componente electrnico cuya resistencia disminuye con el aumento de intensidad de luz incidente. Puede tambin ser llamado fotorresistor, fotoconductor, clula fotoelctrica o resistor dependiente de la luz, cuyas siglas (LDR) se originan de su nombre en ingls light dependent resistor.

Un fotorresistor est hecho de un semiconductor de alta resistencia, con materiales de estructura cristalina, y utiliza sus propiedades fotoconductoras. Los cristales utilizados ms comunes son: sulfuro de cadmio y seleniuro de cadmio.

Si la luz que incide en el dispositivo es de alta frecuencia, los fotones son absorbidos por la elasticidad del semiconductor dando a los electrones la suficiente energa para saltar la banda de conduccin. El electrn libre que resulta (y su hueco asociado) conduce electricidad, de tal modo que disminuye la resistencia.

Esto hace que el LDR no se pueda utilizar en muchas aplicaciones, especialmente aquellas que necesitan de mucha exactitud en cuanto a tiempo para cambiar de estado (oscuridad a iluminacin o iluminacin a oscuridad) y a exactitud de los valores de la fotorresistencia al estar en los mismos estados anteriores. Su tiempo de respuesta tpico es de aproximadamente 0.1 segundos.

Usos:

Se fabrican de diversos tipos. Las clulas baratas del sulfuro del cadmio se pueden encontrar en muchos artculos del consumidor, por ejemplo; cmara fotogrfica, medidores de luz, los relojes con radio, las alarmas de seguridad y los sistemas de encendido y apagado del alumbrado de calles en funcin de la luz ambiente.

3. Explicar el funcionamiento del fotodiodo usado en el paso 3 y compararlo respecto al LDR.

El fotodiodo se parece mucho a un diodo semiconductor comn, pero tiene una caracterstica que lo hace muy especial: es un dispositivo que conduce una cantidad de corriente elctrica proporcional a la cantidad de luz que lo incide (lo ilumina).Luz incidente

Sentido de la corriente generadaEsta corriente elctrica fluye en sentido opuesto a la flecha del diodo y se llama corriente de fuga.El fotodiodo se puede utilizar como dispositivo detector de luz, pues convierte la luz en electricidad y esta variacin de electricidad es la que se utiliza para informar que hubo un cambio en el nivel de iluminacin sobre el fotodiodo.Si el fotodiodo quedara conectado, de manera que por l circule la corriente en el sentido de la flecha (polarizado en sentido directo), la luz que lo incide no tendra efecto sobre l y se comportara como un diodo semiconductor normal. La mayora de los fotodiodos vienen equipados con un lente que concentra la cantidad de luz que lo incide, de manera que su reaccin a la luz sea ms evidente. A diferencia del LDR o fotorresistencia, 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. Si se combina un fotodiodo con un transistor bipolar, colocando el fotodiodo entre el colector y la base del transistor (con el ctodo del diodo apuntado al colector del transistor), se obtiene el circuito equivalente de un fototransistor.

4. Exponer sus conclusiones respecto al experimento.

En este experimento podemos concluir:

Cuando la fotorresistencia estaba conectada en el circuito y a oscuridad el led no encenda ya que la resistencia de la fotorresistencia era muy grande, caso contrario cuando estaba iluminado.

El led es un tipo especial de diodo que se comporta como un diodo comn pero a diferencia de ellos cuando la corriente circula por el led se produce una emisin de luz.

VII) CONCLUSIONES:

1. El diodo led emite una luz cuando este se encuentra polarizado directamente.

1. Para cada color diferente de led le corresponde un diferente voltaje.

1. La corriente ptima promedio para encender un led se considera de 20 mA.

1. La resistencia de una fotorresistencia en oscuridad es alta e iluminada baja.

VIII) BIBLIOGRAFA:

1. http://www.unicrom.com

1. http://es.wikipedia.org

1. Gua para mediciones electrnicas y prcticas de laboratorio. Stanley Wolf y Richard Smith.

1. Boylestad-nashelsky