Ldr

LA OPTOELECTRÓNICA Se denomina optoelectrónica a aquellos dispositivos que combinan la óptica y la electrónica para funcionar. Un ejemplo de todo esto puede ser un mando a distancia o un dispositivo crepuscular. En general, los componentes optoelectóronicos son aquellos capaces de convertir energía luminosa en eléctrica o viceversa. Se dividen en dos grupos: Fotosensibles: A partir de una excitación luminosa producen o controlan cambios de energía eléctrica. Entre estos componentes se encuentran las LDR, fotopilas, fototiristores, fotoleds, fotodiodos y fototransistores bipolares. Electroluminiscentes: Basados en la excitación por una corriente eléctrica que provoca en aquellos la emisión de energía luminosa en forma de radiaciones visibles o no. Son componentes electroluminiscentes los LED (Light Emiting Diode) y todas sus configuraciones, los diodos emisores de infrarrojos IRED (Infrared Emitting Diode), diodos LASER (Light Amplification by Simulate Emission of Radiation), que producen la emisión estimulada de los fotones como una radiación monocromática y los visualizadores de cristal líquido LCD (Liquid Cristal Display). LA RESISTENCIA VARIABLE CON LA LUZ Gráfica de cómo varía la resistencia según la luz. Una LDR es un dispositivo optoelectrónico capaz de variar su resistencia según la luz que incide en él. Cuanta más luz recibe, más baja es la resistencia. En una LDR se han de tener en cuenta varias cosas: *En 1er lugar, la amplitud de resistencias. Sin luz, una buena LDR se ha de comportar como un circuito abierto. Y su mínima resistencia ha de ser lo más pequeña posible, en torno a los cien ohmios, o menos si pudiera ser. *En segundo lugar, se ha de tener en cuenta, el tiempo que emplea una LDR en pasar de un estado de máxima resistencia, a otro de mínima resistencia, es decir, lo que tarda en conmutar desde una posición de circuito "cerrado", a otro estado de circuito "abierto". Este tiempo a de ser lo más pequeño posible, y ha de estar en torno al segundo. EJERCICIOS HECHOS EN CLASE CON LA Esquema (A) del ejercicio Esquema (B) del ejercicio Valores tomados para la LDR de la LDR min = 700  LDR max = 7 M Circuito a: Ib = 20 mA / 100 = 0,2 mA IR3 = 10 • 0,2 mA VR3 = 0'7 v R3 = 500  R4 = 10,2 v / 20 mA = 510  (470 Circuito b: Los mismos valores de componentes viceversa. También se puede aplicar un relé. totalmente aislada eléctricamente

LDR práctica:

 ) pero cambiando la LDR por el potenciómetro, y Entonces la carga queda del circuito principal.

EL FOTODIODO Como se ha expuesto, cuando el fotodiodo es polarizado en sentido directo, ofrece un comportamiento similar al de un diodo normal. En polarización inversa, la generación de pares electrón - hueco va a depender de la d.d.p. aplicada entre ánodo y cátodo, y si no se le suministra otro tipo de energía, presentará una corriente inversa Ir de pequeño valor.

Al ponerlo a radiaciones luminosas, la energía aportada por éstas provoca la ruptura de enlaces covalentes y por tanto libera portadores, permitiendo la circulación de corriente generada por la fuente de polarización exterior. Dependiendo de la iluminación, se definen dos parámetros importantes: • Ird: La corriente inversa en la oscuridad para una tensión inversa (Vr) determinada. • Irl: corriente inversa para unas Vr e iluminación de 1000 Lux (equivalente para una longitud de onda) determinadas. dibujo esquemático de un fotodiodo Curvas de funcionamiento de un fotodiodo Símbolo eléctrico del fotodiodo EJERCICIOS HECHOS EN CLASE CON EL FOTODIODO 1. Medir la intensidad que pasa por el amperímetro, según la luz que recibe el fotodiodo. Esquema del circuito del ejercicio IR max = 0,34 mA ** Con luz ambiental IR min = 0,016 mA 2. Calcular el circuito, y completar el cuadro. VR2 = 12 v - 2 v = 10 v R2 = 10 v / 10 mA = 1 K Fotodiodo Vce Ic On (luz) 10,68 v 0 aprox. Off (oscur.) 0,3 v 19,9 v. EL FOTOTRANSISTOR Su funcionamiento es similar al del fotodiodo, salvando las diferencias entre un diodo y un transistor. La corriente de colector es gobernada por la energía fotónica que incide sobre la unión base-colector; por tanto, si se obtienen curvas de colector (ver gráfica) tomando la iluminación como parámetro, los resultados son parecidos a los de un transistor bipolar normal donde se toma la intensidad de base como parámetro. curvas del fototransistor Símbolo del fototransistor Hay que destacar un detalle importante, y es que hay veces que se confunde un fotodiodo, con un fototransistor, ya que en este último a veces la base no existe, y sólo lleva dos patillas. EL IRED Sus fundamentos son los mismos que para los diodos LED; encontrando la única diferencia en su espectro de radiación: su longitud de onda se sitúa por debajo del espectro visible, y se emplean cuando se requiere una radiación no visible, por ejemplo en el control remoto, optoacopladores, detectores, etc. polarización del led. símbolo del led. OPTOACOPLADORES Aunque se consideran un solo componente, en realidad están compuestos por un diodo LED o IRED (generalmente este último) y u foto transistor. Dichos componentes se encapsulan conjuntamente y de tal forma que las radiaciones emitidas por el diodo incidan sobre el fototransistor. Al estar compuestos por un componente electroluminiscente (generalmente un diodo IRED) y otro fotosensible (fototransistor), cuyos comportamientos ya han sido estudiados, nos fijaremos en su funcionamiento como bloque. representación de un optoacoplador vista superior de un optoacoplador integrado vista lateral de un optoacoplador integrado patillaje de un optoacoplador integrado

vista de un acoplador con ranura EJERCICIOS HECHOS EN CLASE CON OPTOACOPLADORES Teniendo en cuenta los parámetros del optoacoplador encapsulado 4N26. Ic max = 100 mA Iled (oscuridad) =< 50 nA P = 150 mW V max led = 70 voltios circuito de la práctica 1) Aplicando una Ve de 5 voltios Vrlim = 3,8 voltios VR Carga = 11,74 voltios 3. Con Ve de un GBF (TTL), medidas simultáneas de VR Carga y Ve. Se muestran en las plantillas siguientes, a frecuencia de 1Khz y 10 Khz. DISPLAYS DE 7 SEGMENTOS Configuración de un display de 7 segmentos, según sea ánodo o cátodo común EJERCICIO HECHO EN CLASE CON EL DISPLAY Diseñar un circuito que mediante la aplicación de una señal luminosa sobre un fotodiodo represente la letra L en un display de 7 segmentos de ánodo común, y que cuando el fotodiodo esté sin iluminación en el mismo display se represente la letra S. Vcc = 12 v.  = 100 Circuito que se ha diseñado para el problema planteado. Cálculos: Vcc T1 = Rc • Irc + Vbe 12 = Rc • 20 mA + 0,3 v Rc = 510 ohm (470 ohm) (1 Kohm) = R3 Ib T2 = Ic /  = 20 mA / 60 = 3,33 • 10 ^ -7 A = 0,333 mA Vcc T1 = Rc • 60 mA + 0,3 v 12 v = Rc • 60 mA + 0,3 v Rc = 11,7 / 60 mA = 195 Ohm (220 Ohm) = R2 Ib T1 = Ic /  = 60 mA / 60 = 1mA Vbb = Rb • Ib + Vbe 12 = Rb • 1 mA + 0,6 Rb T1 = 11,4 / 1 mA = 11K4 Ohm (12 Kohm) = R1 Vbb = Vled + 220 • Ib + Rc • Ib + Vbe 12 = 1,8 v + 220 • 0,333 mA + R4 • 0,333 mA + 0,6 12 = 1,8 v + 0,0073 v + 0,6 v + R4 • 0,333 mA R4 = 9,527 / 0,333 = 33K R5 = R6 = 1K Una vez puesto a funcionar el circuito, se comprobó que más o menos funcionaba, el problema es que se necesitaba mucha luz para conmutar entre un estado y otro. Para eso hubo que cambiar la resistencia del fotodiodo. Y aún después de eso tampoco se lograron resultados muy satisfactorios. CONCLUSIONES Este campo de la fotoelectrónica, a mí me ha parecido una de las aplicaciones más interesantes, por no decir la que más, de la electrónica. Creo que la electrónica ha llegado a tener el éxito que tiene en nuestros días, gracias a la aplicación de la óptica. Ya que mediante los componentes que se han tratado aquí, se pueden obtener parámetros del medio exterior. Lo cual abre posibilidades infinitas a la técnica y las ingenierías. Interruptor Crepuscular • Actividades de Pre-laboratorio

• Esquema Eléctrico • Lista de Material • Serigrafía de Componentes • Placa de Circuito Impreso • Cálculo del Coste de la Implementación • Fotos Alumnos en Prácticas • Memoria a entregar • Notas Provisionales Obtenidas Actividades de Pre-Laboratorio Cada vez es más frecuente que se desarrollen actividades previas a comienzo de una práctica en el laboratorio para mejorar determinadas aptitudes del alumnado que le faciliten la realización posterior del trabajo asociado a la práctica. En nuestro caso y siendo la primera vez que el alumno asiste a un laboratorio de claro contenido tecnológico, el alumno tendrá que realizar un recorrido exhaustivo por los siguientes contenidos temáticos: La Soldadura con estaño Resistencias y Condensadores Seguridad Eléctrica en los Laboratorios Quemaduras Térmicas (Gabinete Prevención UGR) La revisión de los conocimientos adquiridos mediante la lectura detallada de estos items. será realizada mediante examen escrito en el laboratorio. Esquema Eléctrico: Un circuito para encender la luz automáticamente cuando está oscuro La iluminación eléctrica está disponible desde hace mucho tiempo en todos los entornos domésticos, y la sencilla maniobra necesaria para encender y apagar una bombilla no constituye esfuerzo alguno. Sin embargo, existen determinadas situaciones en las que se prefiere delegar esta misión en un sistema automático, normalmente centrado en un circuito electrónico conocido como 'interruptor crepuscular". Este sistema basa su funcionamiento en un sensor especial, que actúa según la cantidad de luz presente en el lugar en el que está instalado, sin necesidad de teclas u otros comandos que accionar a mano. Cuando la luz ambiental disminuye bajo un cierto nivel, el interruptor crepuscular acciona un relé, cerrando así el interruptor constituido por los contactos correspondientes. El nivel luminoso al que tiene lugar la intervención puede naturalmente regularse, de modo que se puede adaptar el circuito a las distintas aplicaciones posibles. Para evitar activaciones accidentales, o conmutaciones repetidas en caso de pequeñas variaciones de luminosidad (por ejemplo, por el paso de una nube), el dispositivo actúa con un cierto retardo. Realización Práctica Respuesta del Circuito El sensor El componente marcado como LDR es una fotoresistencia, es decir, un dispositivo que representa una cierta resistencia, variable según la cantidad de luz recibida en un determinado momento. No es lineal como un fotodiodo, y es además relativamente lento en la respuesta a las variaciones de luz: tarda varias decenas de milisegundos en adaptarse a bruscas variaciones. Tiene sin embargo una notable ventaja para sencillas aplicaciones como la nuestra: la variación de resistencia es muy amplia, normalmente de 1 MΩ más o menos (en la oscuridad) hasta 1 KΩ o menos (a plena luz). El esquema eléctrico A plena luz, la resistencia de la fotoresistencia LDR es baja, por lo que en C1 hay una tensión bastante próxima a la de alimentación, en cualquier caso superior a la del centro (cursor) de R4. El amplificador operacional IC1 funciona como comparador, es decir, compara las tensiones en las dos entradas: si el negativo

(pin 2) está más alto que el otro, la salida está baja. En ausencia de luz, la tensión en C2 baja hasta encontrarse por debajo de la del pin 3; por tanto la salida del comparador está alta y, tras el retardo introducido como R1 y C3, envía a conducción a T1 que cierra el relé. Lista de Material Resistencias R1 = resistencia de 180 KΩ (marrón, gris, amarillo) R2 = resistencia de 82 KΩ (gris, rojo, naranja) R3 = resistencia de 470 KΩ (amarillo, violeta, amarillo) R4 = trimmer de 10 KΩ R5 (opcional) = trimmer de 470 KΩ LDR = sensor LDR (fotoresistencia de sulfuro de cadmio) Condensadores C1 = condensador electrolítico de 100 µF/16 V C2 = condensador electrolítico de 10 µF/16 V C3 = condensador electrolítico de 470 µF/16 V Varios D1 = diodo 1N4007 T1 = transistor NPN tipo BC337 IC1 = integrado operacional 741 RL1 = relé en miniatura a 12 V - 1 circuito 1 zócalo de 8 pines 1 regleta de dos polos con tornillos para circuito impreso 1 regleta de tres polos con tornillos para circuito impreso 1 carcasa de plástico con tapa transparente 1 circuito impreso Serigrafía de Componentes Placa de Circuito Impreso Placa de Circuito Impreso a utilizar Diferentes tipos Fabricantes: Covenco, MetroTecnia, Repro, Estanflux Coste de la Implementación Con ayuda de esta Hoja de Excel podremos calcular el coste completo del Material/Mano de obra del montaje del Dado Electrónico. Debes utilizar el precio del material que has encontrado en el suministrador. Listado de Material del Dado Electrónico [Orientativo] Calculo Costes [Definitivo] Los precios de la Mano de Obra salen de las Referencias del Convenio Colectivo del Metal [.pdf] vigente en el 2003 en la provincia de Granada, publicado en el Boletín Oficial de la Provincia el día 10 de mayo de 2003, en el número 105. [Se recomienda hacer la búsqueda individualmente] Debes introducir mejoras en la Edición del Listado de Material utilizando las opciones de EXCEL. Más adelante se suministrará una tabla de referencia de precios para uniformar los costes entre todos los alumnos.

Encendido automático con LDR Este circuito enciende automáticamente una bombilla mediante un relé cuando la luz

ambiente resulta escasa. Por ejemplo, si lo instalamos en una farola de un jardín, esta se encenderá al anochecer y apagará al amanecer. Este es el circuito que he diseñado: La LDR (light depending resistor) es el sensor que detecta el nivel de luz. En realidad es una resistencia que varía según la cantidad de luz que incide en ella. Cuando recibe luz su resistencia baja. Deberás de tener la precaución de que no le dé directamente la luz procedente de la lámpara que quieres controlar ya que esto provocaría un peor funcionamiento del circuito. El amplificador operacional LM741 funciona como comparador entre la tensión variable que proviene de la rama de la LDR y una tensión de referencia ajustable mediante el potenciómetro 1. El potenciómetro 1 de 4K7 sirve para ajustar la sensibilidad del circuito, así regulas en qué momento se encenderá o apagará la luz. El potenciómetro 2 de 1M regula el ciclo de histéresis de la báscula Schmitt. Este segundo potenciómetro resuelve el problema que se ocasiona al encenderse la luz, ya que es muy probable que algo de luz de la propia lámpara incida sobre la LDR haciendo que se vuelva a apagar y entrando en un ciclo descontrolado de "enciende apaga enciende apaga...". Inicialmente deberás poner el potenciómetro 2 en la posición de máxima resistencia (1M) Ajustándolo después si tienes problemas de este tipo. Puedes cambiar el diodo 1N4001 por cualquier otro diodo rectificador o de propósito general. En la sección "componentes" encontrarás las características de los componentes que intervienen en este circuito.