DISPOSITIVOS FOTOELÉCTRICOS DE DOS TERMINALES CARACTERÍSTICAS BÁSICAS EXPERIMENTO
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II. OBJETIVOS: 1 Verifcar erifcar experi experimen mentalm talmente ente las las caract caracterís erísticas ticas de uncio uncionami namiento ento de un LED. 2 Verifcar erifcar experi experimen mentalm talmente ente las las caract caracterís erísticas ticas de uncio uncionami namiento ento de un LDR. 3 Verifcar erifcar experi experimen mentalm talmente ente las las caract caracterís erísticas ticas de uncio uncionami namiento ento de un otodiodo. III. INTRODUCCION TEORÍCA:
Diodo LED:
LED (Light-Emitting Diode: Diodo Emisor de Luz! es un dispositi"o El LED ( semiconductor #ue emite luz inco$erente de espectro reducido cuando se polariza de orma directa la uni%n &' en la cual circula por l una corriente elctrica. Este en%meno es una orma de electroluminiscencia! el LED es un tipo especial de diodo #ue tra)a*a como un diodo com+n! pero #ue al ser atra"esado por la corriente elctrica! emite luz. Este dispositi"o semiconductor est, com+nmente encapsulado encapsulado en una cu)ierta de pl,stico de ma-or resistencia resistencia #ue las de "idrio #ue usualmente se emplean en las l,mparas incandescentes. un#ue el pl,stico puede estar coloreado! es s%lo por razones estticas! estticas! -a #ue ello no in/u-e en el color de la luz emitida. 0sualmente un LED es una uente de luz compuesta con dierentes partes! raz%n por la cual el patr%n de intensidad de la luz emitida puede ser )astante comple*o. &ara o)tener una )uena intensidad luminosa de)e escoerse )ien la corriente #ue atra"iesa el LED - e"itar #ue este se pueda daar para ello! $a- #ue tener en cuenta #ue el "olta*e de operaci%n "a desde 1!4 $asta 3!4 "oltios aproximadamente (lo #ue est, relacionado con el material de a)ricaci%n - el color de la luz #ue emite - la ama de intensidades #ue de)e circular por l "aría se+n su aplicaci%n. Los Valores típicos de corriente directa de polarizaci%n de un LED est,n comprendidos entre los 15 - 25 miliamperios
(m en los diodos de color ro*o - de entre los 25 - 65 miliamperios (m para los otros LED. Los diodos LED tienen enormes "enta*as so)re las l,mparas indicadoras comunes! como su )a*o consumo de enería! su mantenimiento casi nulo - con una "ida aproximada de 155!555 $oras. &ara la protecci%n del LED en caso $a-a picos inesperados #ue puedan daarlo. 7e coloca en paralelo - en sentido opuesto un diodo de silicio com+n. En eneral! los LED suelen tener me*or efciencia cuanto menor es la corriente #ue circula por ellos! con lo cual! en su operaci%n de orma optimizada! se suele )uscar un compromiso entre la intensidad luminosa #ue producen (ma-or cuanto m,s rande es la intensidad #ue circula por ellos - la efciencia (ma-or cuanto menor es la intensidad #ue circula por ellos.
E78R0980R DEL LED:
8ecnoloía LED;LED En corriente contínua (D9! todos los diodos emiten una cierta cantidad de radiaci%n cuando los pares electr%n<$ueco se recom)inan! es decir! cuando los electrones caen desde la )anda de conducci%n (de ma-or enería a la )anda de "alencia (de menor enería. =nduda)lemente! la recuencia de la radiaci%n emitida -! por ende! su color! depender, de la altura de la )anda pro$i)ida (dierencias de enería entre las )andas de conducci%n - "alencia! es decir! de los materiales empleados. Los diodos con"encionales! de silicio o ermanio! emiten radiaci%n inrarro*a mu- ale*ada del espectro "isi)le. 7in em)aro! con materiales especiales pueden conseuirse lonitudes de onda "isi)les. Los LED e =RED! adem,s tienen eometrías especiales para e"itar #ue la radiaci%n emitida sea rea)sor)ida por el material circundante del propio diodo! lo #ue sucede en los con"encionales.
Compuestos empleados en la construcción de LED.
Los primeros diodos construidos ueron los diodos inrarro*os - de color ro*o! permitiendo el desarrollo tecnol%ico posterior la construcci%n de diodos para lonitudes de onda cada "ez menores. En particular! los diodos azules ueron desarrollados a fnales de los >5 por 7$u*i 'a?amura! aadindose a los ro*os "erdes desarrollados con anterioridad! lo #ue permiti%! por com)inaci%n de los mismos! la o)tenci%n de luz )lanca. El diodo de seleniuro de zinc puede emitir tam)in luz )lanca si se mezcla la luz azul #ue emite con la ro*a - "erde creada por otoluminiscencia . La m,s reciente inno"aci%n en el ,m)ito de la tecnoloía LED son los diodos ultra"ioletas! #ue se $an empleado con xito en la producci%n de luz )lanca al emplearse para iluminar materiales /uorescentes. 8anto los diodos azules como los ultra"ioletas son caros respecto de los m,s comunes (ro*o! "erde! amarillo e inrarro*o! siendo por ello menos empleados en las aplicaciones. Conexión La dierencia de potencial "aría de acuerdo a las especifcaciones relacionadas con el color - la potencia soportada. En trminos enerales puede considerarse: •
Ro*o @ 1!AV
•
Ro*o alta luminosidad @ 1!>V
•
marillo @ 1!BV a 2V
•
Verde @ 2!6V
•
Verde alta luminosidad @ 3!6V
•
'aran*a @ 2!6V
•
Clanco )rillante @ 3!6V
•
zul @ 3!6V
•
zul 635nm @ 6!AV
•
Clanco @ 3!BV
Lueo mediante la le- de ;$m! puede calcularse la resistencia adecuada para la tensi%n de la uente #ue utilicemos.
El trmino =! en la %rmula! se refere al "alor de corriente para la intensidad de luminosa #ue necesitamos. Lo com+n es de 15 para LEDs de )a*a luminosidad - 25m para LEDs de alta luminosidad un "alor superior puede in$a)ilitar el LED o reducir de manera considera)le su tiempo de "ida.
&L=99=;'E7 DE L;7 LED Los diodos inrarro*os (=RED se emplean desde mediados del silo en mandos a distancia de tele"isores! $a)indose eneralizado su uso en otros electrodomsticos como e#uipos de aire acondicionado! e#uipos de m+sica! etc. - en eneral para aplicaciones de control remoto! así como en dispositi"os detectores. Los LED se emplean con prousi%n en todo tipo de indicadores de estado (encendidoapaado en dispositi"os de sealizaci%n (de tr,nsito! de emerencia! etc. - en paneles inormati"os. 8am)in se emplean en el alum)rado de pantallas de cristal lí#uido de telonos m%"iles! calculadoras! aendas electr%nicas! etc.! así como en )icicletas - usos similares. Existen adem,s impresoras LED. 8am)in se usan los LED en el ,m)ito de la iluminaci%n (inclu-endo la sealizaci%n de tr,fco es moderado - es pre"isi)le #ue se incremente en el uturo! -a #ue sus prestaciones son superiores a las de la l,mpara incandescente - la l,mpara /uorescente! desde di"ersos puntos de "ista. La iluminaci%n con LED presenta induda)les 7e utiliza ampliamente en aplicaciones "isuales! como indicadoras de cierta situaci%n específca de uncionamiento - desplear contadores < &ara indicar la polaridad de una uente de alimentaci%n de corriente continua. < &ara indicar la acti"idad de una uente de alimentaci%n de corriente alterna. < En dispositi"os de alarma.
VE'87 DEL LED Fia)ilidad! ma-or efciencia enertica! ma-or resistencia a las "i)raciones! me*or "isi%n ante di"ersas circunstancias de iluminaci%n! menor disipaci%n de enería! menor rieso para el medio am)iente! capacidad para operar de orma
intermitente de modo continuo! respuesta r,pida! etc. simismo! con LED se pueden producir luces de dierentes colores con un rendimiento luminoso ele"ado! a dierencia de muc$as de las l,mparas utilizadas $asta a$ora! #ue tienen fltros para lorar un eecto similar (lo #ue supone una reducci%n de su efciencia enertica. 8odo ello pone de manifesto las numerosas "enta*as #ue los LED orecen. 8am)in se utilizan en la emisi%n de seales de luz #ue se trasmiten a tra"s de f)ra %ptica.
DE7VE'87 DEL LED
Las des"enta*as del diodo LED son #ue su potencia de iluminaci%n es tan )a*a! #ue su luz es in"isi)le )a*o una uente de luz )rillante - #ue su ,nulo de "isi)ilidad est, entre los 35G - A5G. Este +ltimo pro)lema se corrie con cu)iertas diusores de luz. FOTORRESISTENCIA LDR! Es un componente electr%nico cu-a resistencia disminu-e con el aumento de intensidad de luz incidente. &uede tam)in ser llamado conc$a de da- coronel otorresistor! otoconductor! clula otoelctrica o resistor dependiente de la luz! cu-as silas! LDR! se oriinan de su nom)re en inls li$t
A"#i$%$ione&: Ha- muc$as aplicaciones en las #ue una otorresistencia es mu- +til. En casos en #ue la exactitud de los cam)ios no es importante como en los circuitos: < Luz nocturna de encendido autom,tico! #ue utiliza una otorresistencia para acti"ar una o m,s luces al llear la noc$e. < Rel controlado por luz! donde el estado de iluminaci%n de la otorresistencia! acti"a o desacti"a un Rela- (rel! #ue puede tener un ran n+mero de aplicaciones. FOTODIODOS: 0n otodiodo es un semiconductor construido con una uni%n &'! sensi)le a la incidencia de la luz "isi)le o inrarro*a. &ara #ue su uncionamiento sea correcto
se polariza in"ersamente! con lo #ue se producir, una cierta circulaci%n de corriente cuando sea excitado por la luz. De)ido a su construcci%n! los otodiodos se comportan como clulas oto"oltaicas! es decir! en ausencia de luz exterior eneran una tensi%n mu- pe#uea con el positi"o en el ,nodo - el neati"o en el c,todo. Esta corriente presente en ausencia de luz reci)e el nom)re de corriente de oscuridad. S'()o#o
IV. MATERIAL * E+UIPO: 1 0n Iultímetro diital.
2 0n Iiliamperímetro.
3 0na Fuente de 9orriente 9ontinua Varia)le.
6 0n Voltímetro de c.c.
J 9a)les - conectores.
A. Resistencia de: J1K ! 1K - J15 .
B. 0n Iicro amperímetro.
4. 0n LED.
>. 0n LDR (otorresistencia.
15. 0n otodiodo (azul pe#ueo.
V. PROCEDIMIENTO: 1 Verifcaci%n de un LED. a =dentifcar en el LED sus extremos (Mnodo - 9,todo. ) 0sando un o$mi%metro "erifcar sus resistencias directa e in"ersa. Llenar la 8a)la 1. 8a)la 1 R Directa 1422Ω
R =n"ersa N 35 IΩ
c *ustar la uente de corriente continua a un "olta*e comprendido entre 2 a 3"! - "erifcar la propiedad luminiscente del LED ('o usar ma-or "olta*e. d rmar el siuiente circuito:
e *ustar los "alores de "olta*e de la uente de c.c.! se+n se indica en la 8a)la 2. notar los "alores leídos por el miliamperímetro - el "oltímetro. 8a)la 2 Vcc(". =d(m. Vd(".
1.4> 5.1 1.45
1.>J 2.1J 5.2 5.J 1.43 1.44
2.6> 1.5 1.>2
3.53 2.5 1.>B
3.A 3.5 1.>>
6.AJ J.5 2.52
J.B B.5 2.5A
B.2 15.5 2.15 3
2 Verifcaci%n de un LDR (otorresistencia. a 0sando el o$mímetro! "erifcar la propiedad otoelctrica del LDR! anotar su "alor Resisti"o en la 8a)la 3. 8a)la 3 R (;scuridad N 35 IΩ ) rmar el siuiente circuito:
R (=luminado 6>4Ω
c Iedir el "olta*e en el LDR - anotar los daros en la 8a)la 6. 8a)la 6 VLDR (;scuridad 15.1" LED: paado
VLDR (=luminado 2.3" LED: Encendido
3 Verifcaci%n de un otodiodo. a 0sando el o$mi%metro! "erifcar la propiedad otoelctrica del otodiodo! anotar su "alor resisti"o en la 8a)la J. 8a)la J R (;scuridad( Ω N 35 IΩ ) rmar el circuito mostrado:
R (=luminado( Ω 622Ω
El micro amperímetro de)er, estar en la escala de 1J5O(por lo menos. Llenar la 8a)la A. 8a)la A = (;scuridad ( O 5O
= (=luminado (O 114O
VI. CUESTIONARIO FINAL:
,. Ex"#i$%- #o /e &/$ede $on e# LED %# -e%#i0%- #%& %$1i2id%de& de# P%&o ,.
l armar el circuito del paso 1 pudimos notar #ue el diodo led enciende cada "ez con ma-or luminosidad al ir aumentando la corriente en el circuito! por consiuiente a tra"s del led. 8am)in pudimos notar #ue el led solo enciende cuando esta polarizado directamente! esto el ,nodo al positi"o - el c,todo al neati"o - cuando el led est, polarizado in"ersamente -a no enciende. El led es un tipo especial de diodo #ue se comporta como un diodo com+n pero a dierencia de ellos cuando la corriente circula por el led se produce una emisi%n de luz. El LED es un tipo especial de diodo! #ue tra)a*a como un diodo com+n! pero #ue al ser atra"esado por la corriente elctrica! emite luz. Existen diodos LED de "arios colores #ue dependen del material con el cual ueron construidos. Ha- de color ro*o! "erde! amarillo! ,m)ar! inrarro*o. Dependiendo del material de #ue est, $ec$o el LED! ser, la emisi%n de la lonitud de onda - por ende el color. De)e de escoerse )ien la corriente #ue atra"iesa el LED para o)tener una )uena intensidad luminosa - e"itar #ue este se pueda daar. El LED tiene un "olta*e de operaci%n #ue "a de 1.J V a 2.2 "oltios. proximadamente - la ama de corrientes #ue de)e circular por l est, entre los 15 - 25 miliamperios (m en los diodos de color ro*o 3. Ex"#i$%- e# 4/n$ion%(ien1o de# LDR /&%do en e# "%&o 3. l armar el circuito del paso 2 notamos #ue cuando la otorrestencia no le llea)a luz el led no encendía -a #ue la resistencia era mu- rande. 9aso contrario cuando a la otorresistencia era incidida por luz el led encendía -a #ue la resistencia era )a*a. 0na otorresistencia es un componente electr%nico cu-a resistencia disminu-e con el aumento de intensidad de luz incidente. &uede tam)in ser llamado otorresistor! otoconductor! clula otoelctrica o resistor dependiente de la luz! cu-as silas (LDR se oriinan de su nom)re en inls li$t dependent resistor. 0n otorresistor est, $ec$o de un semiconductor de alta resistencia! con materiales de estructura cristalina! - utiliza sus propiedades otoconductoras.
Los cristales utilizados m,s comunes son: suluro de cadmio - seleniuro de cadmio. 7i la luz #ue incide en el dispositi"o es de alta recuencia! los otones son a)sor)idos por la elasticidad del semiconductor dando a los electrones la sufciente enería para saltar la )anda de conducci%n. El electr%n li)re #ue resulta (- su $ueco asociado conduce electricidad! de tal modo #ue disminu-e la resistencia. Esto $ace #ue el LDR no se pueda utilizar en muc$as aplicaciones! especialmente a#uellas #ue necesitan de muc$a exactitud en cuanto a tiempo para cam)iar de estado (oscuridad a iluminaci%n o iluminaci%n a oscuridad - a exactitud de los "alores de la otorresistencia al estar en los mismos estados anteriores. 7u tiempo de respuesta típico es de aproximadamente 5.1 seundos. U&o&: 7e a)rican de di"ersos tipos. Las clulas )aratas del suluro del cadmio se pueden encontrar en muc$os artículos del consumidor! por e*emplo c,mara otor,fca! medidores de luz! los relo*es con radio! las alarmas de seuridad los sistemas de encendido - apaado del alum)rado de calles en unci%n de la luz am)iente. 5. Ex"#i$%- e# 4/n$ion%(ien1o de# 4o1odiodo /&%do en e# "%&o 5 6 $o("%-%-#o -e&"e$1o %# LDR. El otodiodo se parece muc$o a un diodo semiconductor com+n! pero tiene una característica #ue lo $ace mu- especial: es un dispositi"o #ue conduce una cantidad de corriente elctrica proporcional a la cantidad de luz #ue lo incide (lo ilumina. Luz incidente
7entido de la corriente enerada Esta corriente elctrica /u-e en sentido opuesto a la /ec$a del diodo - se llama corriente de ua. El otodiodo se puede utilizar como dispositi"o detector de luz! pues con"ierte la luz en electricidad - esta "ariaci%n de electricidad es la #ue se utiliza para inormar #ue $u)o un cam)io en el ni"el de iluminaci%n so)re el otodiodo.
7i el otodiodo #uedara conectado! de manera #ue por l circule la corriente en el sentido de la /ec$a (polarizado en sentido directo! la luz #ue lo incide no tendría eecto so)re l - se comportaría como un diodo semiconductor normal. La ma-oría de los otodiodos "ienen e#uipados con un lente #ue concentra la cantidad de luz #ue lo incide! de manera #ue su reacci%n a la luz sea m,s e"idente. dierencia del LDR o otorresistencia! el otodiodo responde a los cam)ios de oscuridad a iluminaci%n - "ice"ersa con muc$a m,s "elocidad! - puede utilizarse en circuitos con tiempo de respuesta m,s pe#ueo. 7i se com)ina un otodiodo con un transistor )ipolar! colocando el otodiodo entre el colector - la )ase del transistor (con el c,todo del diodo apuntado al colector del transistor! se o)tiene el circuito e#ui"alente de un ototransistor.
7. Ex"one- &/& $on$#/&ione& -e&"e$1o %# ex"e-i(en1o. En este experimento podemos concluir: 9uando la otorresistencia esta)a conectada en el circuito - a oscuridad el led no encendía -a #ue la resistencia de la otorresistencia era mu- rande! caso contrario cuando esta)a iluminado. El led es un tipo especial de diodo #ue se comporta como un diodo com+n pero a dierencia de ellos cuando la corriente circula por el led se produce una emisi%n de luz.
VII!
CONCLUSIONES:
•
El diodo led emite una luz cuando este se encuentra polarizado directamente.
•
&ara cada color dierente de led le corresponde un dierente "olta*e.
•
La corriente %ptima promedio para encender un led se considera de 25 m.
•
VIII!
La resistencia de una otorresistencia en oscuridad es alta e iluminada )a*a. BIBLIO8RAFÍA: <
$ttp:PPP.unicrom.com
<
$ttp:es.Pi?ipedia.or
< <
Quía para mediciones electr%nicas - pr,cticas de la)oratorio. 7tanle- ol - Ric$ard 7mit$. Co-lestad
