UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN Facultad de Ingeniería Ecuela Acad!"ic# $r#%ei#nal de Ingeniería &uí"ica
$R'C(ICA DE LABORA(ORIO N) *+
(ítul#, DIODO LED Aignatura,
Laboratorio de Sistemas Electrónicos
ALMUMNA,
Laura Sofía Baca Delgado
C1DIGO, 2013 - 39350 $ROFESOR, ng! Edit" #aredes $"o%ue
(ACNA (ACNA - $ER. $ ER. +*/0
INFORME DE LABORA(ORIO N) */ 2DIODO LED3 I4
OBJE(IVO $onocer la &olaridad de un diodo ' distinguir cuando un diodo est( estro&eado! )eali*ar cone+iones de diodos serie ' &aralelo
-
II4
MA(ERIALES
III4
,uentes de 5olt Diodos de color ro.o erde ' amarillo )esistencias de 330 o"m #rotoboard $able /# de 2m! FUNDAMEN(O (EORICO
Los diodos emisores de lu* isible son utili*ados en grandes cantidades como indicadores &iloto dis&ositios de &resentación numrica ' dis&ositios de &resentación de barras tanto &ara a&licaciones domsticas como &ara e%ui&os industriales esto es debido a sus grandes enta.as %ue son &eso ' es&acio insignificantes &recio moderado ' en cierta medida una &e%ue4a inercia %ue &ermite isuali*ar no solamente dos estados lógicos sino tambin fenómenos cu'as características arían &rogresiamente! Sus siglas &roienen del ngls Lig"t Emitting Diode6 Led!
A 7nodo B $(todo / Lente8enca&sulado e&ó+ico + $ontacto met(lico 5 $aidad reflectora 6 erminación del semiconductor 7 un%ue 0 #la%ueta 8 Borde &lano
Criteri# de elecci9n Dimensiones ' color del diodo :ctualmente los Leds tienen diferentes tama4os formas ' colores! enemos Leds redondos cuadrados rectangulares triangulares ' con diersas formas! Los colores b(sicos son ro.o erde ' a*ul aun%ue &odemos encontrarlos naran.as amarillos incluso "a' un Led de lu* blanca! Las dimensiones en los Led redondos son 3mm 5mm 10mm ' uno gigante de 20mm! 7ngulo de ista Esta característica es im&ortante &ues de ella de&ende el modo de obseración del Led es decir el em&leo &r(ctico de a&arato reali*ado! $uando el Led es &untual la emisión de lu* sigue la le' de Lambert &ermite tener un (ngulo de ista relatiamente grande ' el &unto luminoso se e ba.o todos los (ngulos! Luninosidad La intensidad luminosa en el e.e ' el brillo est(n intensamente relacionados! anto si el Led es &untual o difusor el brillo es &ro&orcional a la su&erficie de emisión! Si el Led es &untual el &unto ser( m(s brillante al ser una su&erficie demasiado &e%ue4a! En uno difusor la intensidad en el e.e es su&erior al modelo &untual! $onsumo El consumo de&ende muc"o del ti&o de Led %ue eli.amos Si la corriente a&licada es suficiente &ara %ue entre en conducción el diodo emitir( una cierta cantidad de lu* %ue de&ender( de la cantidad de corriente ' la tem&eratura del Led! La luminosidad aumentar( seg;n aumentemos la intensidad &ero "abr( %ue tener en cuenta la m(+ima intensidad %ue so&orta el Led! :ntes de insertar un diodo en un monta.e tendremos %ue tener el color del diodo &ara saber la caída de tensión &ar(metro necesario &ara los c(lculos &osteriores (a:la I4 Caída de teni9n e intenidad4 $aída de tensión
ntensidad m(+ima
ntensidad media
LED 6 m:
LED 6m:
)o.o
1!=
20
5 > 10
2!?
20
5 > 10
:marillo
2!?
20
5 > 10
@aran.a
1!A
20
5 > 10
$olor
Los &rimeros diodos construidos fueron los diodos infrarro.os ' de color ro.o &ermitiendo el desarrollo tecnológico &osterior la construcción de diodos &ara
longitudes de onda cada e* menores! En &articular los diodos a*ules fueron desarrollados a finales de los a4os noenta &or S"u.i @aamura a4adindose a los ro.os ' erdes desarrollados con anterioridad lo %ue &ermitió &or combinación de los mismos la obtención de lu* blanca San Miguel (2010) Los diodos LED se fabrican mediante la unión de dos cristales
semiconductores #@ a los %ue se les "a contaminado de una forma es&ecial! $uando una unión de este ti&o se &olari*a con una tensión directa al igual %ue ocurriría con los diodos conencionales los electrones de alencia del cristal ti&o @ atraiesan la unión ' se recombinan con los "uecos del cristal ti&o #! Dado %ue dic"os electrones se trasladan de un niel de energía a uno m(s ba.o se &roduce una liberación de energía %ue en este ti&o de diodos se manifiesta en forma de radiaciones electromagnticas dentro del es&ectro luminoso! Se fabrican con elementos es&eciales como :rseniuro de Calio Ca:s6 ' ,ósforo! #ara conseguir modificar la longitud de onda de la radiación de la onda luminosa ' así conseguir diodos con emisiones de diferentes colores se contaminan los cristales de una forma adecuada! :sí &or e.em&lo los diodos luminiscentes fabricados con Calio ' ,ósforo Ca#6 emiten lu* ro.a cuando se les a4ade ó+ido de cinc ' emiten lu* erde con la adición de nitrógeno! IV4
$ROCEDIMEN(O
El diodo LED %ue utili*amos en las &r(cticas tiene - /na intensidad normal de funcionamiento entre 10m: ' 20m:! - /na tensión normal de 150< a&ro+imadamente! Sabiendo la tensión de alimentación ' la tensión e intensidad de funcionamiento del diodo calculamos la resistencia limitadora! Esto es a6 Si la tensión de alimentación < 6 es 9< ' en el diodo deben caer < D6 15< la diferencia ser( la tensión %ue deber( so&ortar la resistencia limitadora < L6! b6 Si la intensidad %ue atraesar( el circuito es de 15m: ' la tensión de la resistencia es de A5< calculamos la resistencia E;$ERIENCIA /, Se &re&ara el multímetro dis&uesto en la &osición de com&robación de diodos! :&licando la toma del multímetro en bornes del diodo &rimero en una &osición ' luego en la contraria &ueden darse tres casos a< En ambas &osiciones el multímetro marca 0! El diodo est( cortocircuitado! b6 En ambas &osiciones el multímetro marca infinito no "a' continuidad6! El diodo est( en circuito abierto! c6 En una &osición marca infinito ' en la contraria marca una tensión mu' &e%ue4a %ue no llega a 1< lo %ue marca es la tensión umbral %ue est( entre 05< ' 0F<6! El diodo est( bien! En este tercer caso cuando marca la tensión la toma del multímetro %ue utili*a cable negro com;n6 est( a&licada sobre el c(todo del diodo! El otro e+tremo del diodo ser( el (nodo
Figura 1: Diodo Led
(a:la II4 Reultad# de E=>eriencia / Di#d#
?#lta@e
#:er?aci9n
$#lariaci9n directa
5<
Enciende
$#lariaci9n in?era
5<
@o enciende
E;$ERIENCIA +, )ealice las cone+iones como muestra el siguiente circuito La resistencia de limitación de la figura 2 &uede calcularse a &artir de la fórmula
R =
V
− V LED
I
Si e+&resamos < en oltios e en miliam&erios el alor de la resistencia endr( directamente e+&resado en iloo"mios!
Figura 2.
)esultado -
Se em&leó un diodo LED erde %ue teóricamente &osee un olta.e de 2?
=
V
− V LED
I
=
5V − 2 ?V 15mA
=
1A3k Ω
#ara armar el circuito de la ,igura 2 em&leamos una resistencia de 200H %ue es un alor cercano al calculado a) ¿Cuál es el vola!e del diodo LED"
El olta.e es de 2A
La corriente %ue circula &or el circuito es de 1?1=m: $) A(ora i%viera el diodo ¿&u su$ede"
El LED no enciende esto debido a la &olari*ación inersa! E;$ERIENCIA 5, /tili*ando el mismo circuito del &rocedimiento 2 a6 $ambie el diodo &or otro color tres colores diferentes6 realice mismas mediciones %ue indica en el &rocedimiento 2
las
)esultado -
)eali*amos los c(lculos de resistencia limitante res&ectios &ara cada diodo considerando un olta.e total de F< ' 15m: de corriente Rverde Rvo!o
=
=
V
− V LED
I V − V LED
=
FV − 2 ?V
=
FV − 1=V
I
Ramarillo
V
=
03A3k Ω = 3A3Ω
=
15mA =
15mA − V LED
=
I
0 ?2=Ak Ω = ?2= AΩ
FV − 2 ?V
=
15mA
03A3 k Ω = 3A3Ω
En la &r(ctica se em&learon resistencias con alores cercanos a los calculados teóricamente! -
ambin &odemos calcular el olta.e teórico %ue &asar( &or cada resistencia V
=
I × R = 15mA × 03A3k Ω =
5595V
= 15mA × 0 ?2=A k Ω =
= ?01V
Vverde Vro!o
Vamarillo
= 15 mA × 03A3 k Ω =
5595V
(a:la III4 Reultad# de E=>eriencia 5 C#rriente
V#lta@e en el di#d#
Di#d# (e9rica Verde R#@# A"arill#
15m:
V#lta@een reitencia
$rctica
(e9ric#
$rctic#
(e9ric#
$rctic#
9F=m:
2?<
30=<
5595<
?9?<
120=m:
1=<
19A<
=?01<
=03<
119Fm:
2?<
202<
5595<
599 <
b6 Iu conclusión obtiene de esta medición Los datos &r(cticos se a&ro+iman de forma co"erente a los datos calculados teóricamente! Se sabe seg;n la abla %ue los olta.es de los diodos erde ' amarillo son iguales ' el del ro.o es distinto &or lo %ue teóricamente se &odría decir %ue las intensidades de corriente en este circuito %ue &asa &or los diodos erde ' amarrillo deberían ser relatiamente iguales &ero en la &r(ctica se obsera %ue no
es así ' %ue el diodo ro.o &osee un corriente seme.ante al diodo amarillo esto &uede deberse a un error en la medición! E;$ERIENCIA 6, $one+ión de diodo en serie Los diodos se &ueden conectar en serie siem&re %ue la suma de las caídas de tensión sea menor %ue la tensión de alimentación! La fórmula a utili*ar &ara el c(lculo de la resistencia limitadora es R =
V
− *V LED
I
Donde @ es el n;mero de LEDS conectados en serie!
Figura +.: Diodo e% serie
)esultado -
Em&leamos un diodo LED erde ' 3 ro.os con una intensidad general de F< sta es ma'or a la intensidad total de los diodos LED
∑V
led
= 2 ? + 1 = × 3 = A 2 <
-
$on una intensidad de corriente de 15 Ga
-
#ara calcular la resistencia limitante teórica obtenemos &rimero un &romedio de los olta.es LED %
∑ V
LED
V LED,R-. =
i =1
%
=
2 ? + 1 = × 3 ?
= 1F <
#or tanto R =
-
V
− *V LED
I
=
FV − ? × 1FV 15mA
=
533Ω
En la &r(ctica se em&leó una resistencia de ?92H debido 'a %ue no se contaba con una resistencia de menor alor en este caso "acemos un c(lculo en
retroceso al conocer la resistencia ' el alor de la corriente &odemos calcular el olta.e general %ue re%uiere el circuito V
=
I×R
=
15mA × ?92Ω = A3FV
$orroborando así %ue el olta.e elegido es correcto! (a:la IV4 Reultad# de E=>eriencia 6 D/ ?erde<
D+ r#@#<
D5 r#@#<
D6 r#@#<
VR
C#rriente
0?0m:
020m:
023m:
023m:
023m:
V#lta@e
2=1<
1A5<
1A3<
1A3<
0119<
E;$ERIENCIA 7, $one+ión de diodo en &aralelo
Figura /: Diodo e% 'aralelo
)esultado - Em&leamos una resistencia de 300H &ara cada diodo %ue son de color ro.o amarillo ' erde - $on una intensidad de corriente total igual a ?5m: a&ro+imadamente ' &ara cada foco diferentes olta.es 1!=<-ro.o 2!?<- amarillo ' erde6! - :&licando la le' de J"m se determinó la corriente %ue circula en cada tramo del circuito en &aralelo! #uesto %ue la corriente se diide en &artes iguales &ara resistencias iguales en &aralelo tenemos V = I × R = 15mA × 300 Ω = ?500 mV = ?5V
-
Sumando el olta.e de cada diodo LED tenemos &ara cada tramo ramo )1-D1 ramo )2-D2 ramo )3-D3
VD1 = 1 =V VD 2 = 2 ?V
VD 3
=
2 ?V
→
V1 = 1 = + ?5 = =1V
→ V2 = 2 ? + ?5 = =9V
2? + ?5 = =9V
→
V3
=
#or tanto se tomó un olta.e total de alimentación a&ro+imado de F< (a:la V4 Reultad# de E=>eriencia 7 D/ D+ D5 VR/ r#@#< a"arill ?erde<
VR+
VR5
C#rriente
1210m:
F90m:
A?3m:
1210m:
F90m:
A?3m:
V#lta@e
19?<
199<
299<
=05<
=01<
501<
eniendo una intensidad de corriente total de 2F?3m:! #ara conectar arios LEDS en &aralelo solo tendremos %ue calcular el alor &ara un LEDS ' luego los &onemos como en la figura ?6 En este caso "abr( %ue tener cuidado con la intensidad de la fuente de alimentación %ue deber( ser su&erior a la suma de todos los LEDS!
VII4 E;$ERIENCIA 0, /tili*ando diodos LED realice su dise4o &uede ser un n;mero una letra o bien un gr(fico )esultado -
)eali*amos los c(lculos teóricos de resistencia limitante res&ectio considerando un olta.e total de 9< ' 15 m: de corriente 2 diodos ro.os en serie R 1 =
V − *V LED I
=
9V − 2 ( 1 =V )
? diodos ro.os en serie +26 9V − ? ( 1=V ) R2
=
R 3
= 3F= Ω
15mA
=
15mA
= 1A3Ω
1 diodo amarillo +36 R?
=
R5
=
R =
=
9V − 1( 2?V )
3 diodos ro.os en serie +26 9V − 3 ( 1=V ) RA
=
R F
=
15mA
=
15mA
=
??0Ω
2F0Ω
1 diodo ro.o R 9
=
9V − 1( 1=V )
=
15mA
?93Ω
3 diodos en serie 2 ro.os ' 1 amarillo +26 R10
=
R 11 =
V
−
*V LED'romedio I
=
3F=Ω
9V − 3 ( 2V ) 15mA
=
200Ω
En la &r(ctica se em&learon resistencias &ró+imas a las calculadas! El dise4o del circuito se muestra a continuación
$ircuito encendido
V4 -
-
-
-
VI4 -
-
OBSERVACIONES Los diodos LED son un ti&o es&ecial de diodos %ue conierten en lu* toda la energía elctrica %ue les llega sin calentarse! /no de los m;lti&les usos de los LED es el alumbrado de las &antallas de calculadoras telfonos ' otros dis&ositios similares! /n diodo es un com&onente electrónico %ue &ermite el &aso de la corriente en un sentido ' lo im&ide en el contrario! #or lo general conduce la corriente en el sentido (nodo-c(todo! #ara identificar los terminales del diodo LED se obsera %ue el c(todo -6 es el terminal m(s corto ' el m(s largo el (nodo K6! :dem(s en el enca&sulado normalmente de &l(stico se obsera una marca &lana en el lado en el %ue se encuentra el c(todo! #ara com&robar el estado de un diodo LED se utili*a un multímetro a.ustando en la escala &ara com&robar diodos se obsera como el diodo se ilumina cuando tiene &olari*ación directa! CONCLUSIONES En esta &r(ctica de laboratorio se &udo diferenciar entre la &olari*ación inersa ' directa de un diodo LED &or las diferentes características %ue &resentan en la &r(ctica adem(s conocer los &olos del diodo ' a&render a conectarlos seg;n la configuración electrónica %ue se desee reali*ar! Las cone+iones en serie ' &aralelo reali*adas con los diodos "ace %ue sea me.or %ue al traba.ar sin ellos 'a %ue con la lu* %ue emanan nos indica si el circuito est( bien conectado o armado funcionando como una se4al o
-
VII4 -
-
indicador &ero solo en el caso %ue el olta.e ' las resistencias sean las adecuadas &ara %ue enciendan! Si elegimos una resistencia menor a la resistencia limitante la corriente ser( ligeramente su&erior a la establecida teóricamente de lo contrario si elegimos una resistencia ma'or a la resistencia limitante calculada la corriente ser( menor con intensidad de lu* menor! REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS San Giguel #ablo :lcalde Electrónica general Editorial #arainfo Es&a4a 2010 &(g! 15=6 Car*a Car*a Mu(n :ngel ,acultad de ngeniería Gec(nica ' Elctrica! /niersidad :utónoma de @ueo León! &(g! 305-30=6 $arrero Gontero :! ,errero ,orero ,! Sanc"e*-nfantes Nernande* #ilar Sanc"e*-nfantes Nernande* Mos
