Universidad Veracruzana

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1 Universidad Veracruzana Facultad de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Dispositivo de estado sólido en el espectro infrarojo Tesis Que para aprobar la Experiencia Recepcional Presentan: Martínez Castro Juan Carlos Pérez Luis José Martín PozaRica, Ver. 2007

2 INDICE CAPITULO 1 INTRODUCCION 1.1 Antecedentes Justificación Objetivo 2 1.4Alcance del trabajo 2 CAPITULO 2 DISPOSITIVOS OPTOELECTRONICOS 2.1 Introducción Niveles Energéticos Espectro Electromagnético Líneas Espectrales Leyes Ópticas Dispositivos Optoelectronicos Básicos Diodo LED Diodo Láser Display de Cristal Líquido (LCD) Fotodetectores Optoacopladores 50 CAPITULO 3 DISPOSITIVOS EN LA REGIÓN DEL ESPECTRO INFRARROJO 3.1 Introducción Diodos Emisores de Infrarrojo QED233, QED QED221, QED222, QED223 58

3 3.2.3 QEE Fototransistor Infrarrojo de Silicio 62 (receptor) QSD122, QSD123, QSD QSE113, QSE Optoacopladores Salida a Fototransistor Salida doble Fototransistor Salida Darlington Salida Compuerta Lógica Salida Foto SCR Salida a Triac 95 CAPITULO 4 APLICACIONES 4.1 Introducción Circuito Transmisor y Receptor de Señales IR Modulo seguidor de Líneas con integrado 104 CD Modulo seguidor de Líneas con Emisor y 105 Receptor de IR 4.5 Subsistemas Electrónicos de Comunicaciones: 108 Enlace por IR 4.6 Circuitos de prueba para Optoacopladores Salida a Fototransistor Doble Fototransistor Salida Darlington Compuerta Lógica Salida SCR Salida a TRIAC 121

4 CAPITULO 5 CONSIDERACIONES FINALES 122 GLOSARIO 123 BIBLIOGRAFIA 125

5 CAPITULO 1 INTRODUCCIÓN 1.1 Antecedentes Si bien hoy en día existen incontables y modernos dispositivos electrónicos, de los cuales gran parte de ellos trabajan con solo una orden a distancia, es decir a control remoto, esto sin duda es un gran avance, pero existen además otros dispositivos los cuales trabajan de forma similar, con lo anterior llegamos a determinar la idea básica de todo esto, los dispositivos del grupo de radiación infrarroja. Desde los mas simples y sencillos hasta los de mayor elaboración todos comparten una misma tecnología de origen común, el has de espectro infrarrojo. Una amplia gama de estos dispositivos que en su clasificación y funcionalidad dentro del orden infrarrojo se desarrollaran a lo largo de este trabajo. En el capitulo dos abordaremos lo que es los dispositivos optoelectronicos así como algunos fundamentos para algunos de ellos. En el capitulo tres veremos datos técnicos de dispositivos que trabajan dentro del sistema de radiación de infrarrojo sus características, y algunas aplicaciones. En el capitulo cuatro, propondremos algunas implementaciones para dispositivos y algunos circuitos de prueba para algunos de los dispositivos que se describirán.

6 1.2 Justificación Proponer información y características de funcionamiento básico de dispositivos, así como proporcionar aplicaciones sencillas de circuitos de prueba, en base a la problemática existente en la implementación de trabajos y proyectos escolares, como con dispositivos de orden del espectro infrarrojo, 1.3 Objetivos Nuestro principal objetivo es proporcionar información que sea sencilla y fácil de entender así como mostrar las características, función y aplicación de estos dispositivos físicos que trabajan dentro del espectro de radiaciones dando mayor énfasis en los que se encuentran dentro del espectro infrarrojo. 1.4 Alcance del trabajo Presentar una descripción de dispositivos que basan su funcionamiento en la radiación del espectro infrarrojo partiendo de la teoría, datos técnicos a algunas aplicaciones de los dispositivos optoelectronicos existente en el mercado electrónico y de uso general.

7 CAPITULO 2 DISPOSITIVOS OPTOELECTRONICOS 2.1 Introducción Durante el transcurso de nuestro aprendizaje hemos trabajado con señales electrónicas, hemos trabajado con tensiones y corrientes: energía eléctrica, pero nos falta profundizar en otro tipo de señales o de energía, es decir en los fotones, o bien pasando de las partículas elementales a las señales, las señales ópticas. A principios de este siglo hubo una gran controversia entre quienes afirman que la luz estaba compuesta por corpúsculos, y quienes decían que la luz estaba compuesta por ondas. Existiendo experimentos para comprobar cualquiera de la dos teorías solo en este siglo se logro afirmar que la luz estaba compuesta por una dualidad onda-corpúsculo, es decir, la luz esta compuesta por paquetes de ondas individuales, cada uno de cuales tiene una energía determinada. Parece que la señal de identidad para cada uno de estos paquetes (Fotones) viene dada por su energía, que equivale a su propia frecuencia de vibración según: E = h*v (2.1) Donde E es la energía del fotón, v es la frecuencia de vibración y h la constante de Plank (h = x Js) mostrada en la formula 2.1 c = λ*v (2.2)

8 Así mismo, considerando la radiación electromagnética como onda, la longitud de onda λ y la frecuencia de oscilación ν, están relacionadas por una constante, la velocidad de la luz en el medio (c en el vacío c = 3x10 8 m/s ). 2.2 Niveles Energéticos En un gas, cada átomo ó molécula está (bajo el punto de vista energético) a gran distancia de sus vecinos, con lo que puede considerarse aislado. Podemos considerar del mismo modo a unos pocos átomos de un material (que actúan como átomos de impurezas) que son añadidos a un medio homogéneo sólido de otro material. En contraste con los niveles energéticos separados existentes en un gas o en un pequeño número de átomos de impurezas en un sólido homogéneo, los electrones en un semiconductor están en bandas energéticas, que efectuando una simulación, se componen de agrupaciones de un gran número de niveles energéticos por efectos cuánticos. Estas bandas de energía corresponden a todo el material, no estando asociadas a un sólo átomo. La anchura de la banda aumenta a medida que decrece la distancia entre los átomos y aumenta la interacción entre ellos. Las bandas energéticas en un semiconductor pueden ser de dos tipos: Banda de Valencia: Los electrones en una banda de valencia están ligados a los átomos del semiconductor. Banda de Conducción: Los electrones en una banda de conducción pueden moverse por el semiconductor.

9 La separación entre la banda de valencia y la de conducción se denomina Brecha de Energía, no existiendo ningún nivel energético posible dentro de ésta zona. Si un electrón de la banda de valencia consigue suficiente energía, puede "saltar " la brecha de energía para introducirse en la banda conductora. Las bandas de energía llenas son aquellos niveles energéticos de los electrones internos, ligados al átomo, que no participan en los enlaces entre los átomos del sólido. Para que un sólido conduzca la electricidad, los electrones necesitan moverse en el sólido. En un aislante la banda de valencia está llena de electrones, con lo que los electrones no pueden moverse dentro de la banda. Para que exista una conducción de electricidad, los electrones de la banda de valencia deben pasar a la banda de conducción. En consecuencia, debe suministrarse una energía superior a la brecha de energía a los electrones de la banda de valencia, a fin de conseguir su transferencia a la banda de conducción. Como la brecha de energía es grande, ésta evita el paso, y en consecuencia, los aislantes son poco conductores. La estructura de los niveles energéticos de un aislante puede verse en la figura 2.1. Figura 2.1 Niveles energéticos de un aislante

10 En un conductor (metal) las bandas de valencia y de conducción se sobreponen, por lo que en la práctica la brecha de energía es nula. En consecuencia, los electrones necesitan muy poca energía para pasar a la banda de conducción y conducir la electricidad. La estructura de los niveles energéticos de un conductor puede verse en la figura 2.2. Figura 2.2 Niveles energéticos de un conductor En un semiconductor la brecha de energía es muy pequeña, por lo que se requiere muy poca energía para transferir los electrones de la banda de valencia a la de conducción. Hasta la temperatura ambiente proporciona la energía suficiente. Aumentando la temperatura, más y más electrones serán transferidos a la banda de conducción. En consecuencia aumenta la conductividad con la temperatura. La estructura de los niveles energéticos de un semiconductor puede verse en la figura 2.3. Figura 2.3 Niveles energéticos de un semiconductor

11 Cuando se transfiere un electrón de la banda de valencia a la de conducción, se crea un "hueco" en la banda de valencia. Estos "huecos" se comportan como cargas positivas que se mueven por la banda de valencia como consecuencia de aplicar un voltaje. En el proceso de la conducción eléctrica participan tanto los electrones que están en la banda de conducción como los "huecos positivos" que permanecen en la banda de valencia originados por el "salto" de electrones a la banda de conducción. A fin de controlar el tipo y densidad de los "portadores" de carga en un semiconductor se añaden impurezas con un número extra de "portadores" de carga al semiconductor. Los átomos de estas impurezas son eléctricamente neutros. Las Impurezas en un material semiconductor "puro, están estructuradas de forma que las bandas y la brecha de energía están determinadas por el propio material. Añadiendo otro material con portadores de carga, aparecen niveles de energía adicionales dentro de la brecha, como puede ver en la figura 2.4, se describe la influencia de la adición de impurezas en la anchura de las bandas de energía. Figura 2.4 Niveles energéticos de un semiconductor

12 Si la impureza contiene más electrones que el propio material semiconductor puro, los portadores de carga añadidos son negativos (electrones), y el material se denomina "semiconductor de tipo n". En este tipo de materiales aparecen niveles energéticos adicionales muy cercanos a la banda de conducción, con lo que es suficiente con un aporte pequeño de energía para hacerlos saltar a la banda de conducción, de modo que tenemos más portadores de carga libres para conducir la electricidad. Si la impureza contiene menos electrones que el material semiconductor, los niveles energéticos extras aparecen cerca de la banda de valencia. Los electrones de la banda de valencia pueden saltar a estos niveles fácilmente, dejando atrás " huecos positivos. Este tipo de material se denomina "semiconductor de tipo p. 2.3 Espectro Electromagnético Así pues una vez definidas las relaciones internas de las señales ópticas y eléctricas seguiremos con nuestro trabajo el cual abarca el espectro electromagnético para poder situarnos y apreciar cuales son las señales que nos interesan a nosotros y también de importancia para el tema. El espectro electromagnético comprende una inmensa gama de longitudes de onda o energías, que abarca desde el grado de alta energía hasta las ondas de radio, de muy baja energía. La radiación electromagnética conforma una combinación de campos magnéticos y eléctricos oscilantes que se propagan a través del espacio llevando energía de un sitio a otro. La radiación es una onda transversal compuesta por campos eléctricos y magnéticos perpendiculares a la dirección de propagación y que forman un ángulo recto. La velocidad de propagación en el vacío es la misma para las ondas electromagnéticas, unos 3x10 8 m/s.

13 Las radiaciones electromagnéticas solo difieren de la luz visible en la frecuencia y por consiguiente en la energía. En la figura 2.5 podemos ver tres ejes de ordenadas distintos, uno de energías, otro de frecuencias y otro de longitudes de onda suponiendo que las ondas se desplazan por el vacío, mientras que en la tabla 2.1 se aprecia una tabla donde también se presentan los mismos datos que los de los ejes anteriores solo que en una forma mas ordenada. Fig. 2.5 Distribución de Frecuencias, longitudes de onda y energía del espectro electromagnético En la parte baja del espectro nos encontramos con la zona en que se ha trabajado para transmisión de señal vía radio y por lo tanto la nomenclatura de esta zona se hace en frecuencias, para darnos cuenta de ello tan solo debemos reparar en la señal eléctrica es de 50Hz, que 500KHz es una frecuencia en la que se oye la onda media y que la FM esta entre los 88 y 108MHz. Todos los datos los solemos utilizar como frecuencias.

14 Cuando hablamos de las microondas o de la banda de las milimétricas ya estamos dando a entender que es la longitud de la onda lo que se usa para nombrarlos, aunque últimamente con la telefonía móvil o la comunicación con satélites se habla de GHz, últimamente nos han bombardeado con la cuarta licencia digital (UMTS) en 1.8GHz, esta zona del espectro recibe ambos tipos de denominación. Si seguimos subiendo en frecuencia llegamos al infrarrojo, sección que será nuestra área de trabajo subdividida en lo que es infrarrojo lejano y sigue hasta el infrarrojo cercano. Las ondas infrarrojas son llamadas también ondas térmicas ya que estas ondas son producidas principalmente por cuerpos calientes y son absorbidas fácilmente por la mayoría de los materiales. La energía absorbida aparece como calor. Estas ondas comprenden longitudes de onda desde 1 mm hasta 2.5µm Sobre los 0.78µm o 780nm donde empieza el visible y mas concretamente el rojo, seguimos hasta el azul con la longitud de onda de 472nm para pasar a los rayos ultravioleta, desde los bronceadores rayos UVA (Ultravioleta A) hasta los perniciosos y cancerigenos UVC (Ultravioleta C), que llegan hasta 1nm. Por ultimo la denominación ya pasa a ser energética desde los rayos X que llegan desde 1KeV (baja energía) que se utilizan para las radiografías hasta los 100KeV, finalmente y por parar en algún sitio tenemos los rayos gamma (γ) que se utilizan para tratamientos de radioterapia y también con energía que superan 1MeV. Nombre Longitud de onda Frecuencia Energía Muy Baja Frecuencia > 10 Km. < 30 Khz. < 1.99 e-29 J Onda Larga < 10 Km. > 30 Khz. > 1.99 e -29 J Radio Onda media < 650 m > 650 Khz. > 4.31 e-28 J Onda corta < 180 m > 1.7 Mhz > 1.13 e-27 J Muy alta frecuencia < 10 m > 30 Mhz > 2.05 e-26 J Ultra alta frecuencia < 1 m > 300 Mhz > 1.99 e-25 J Microondas < 30 cm. > 1.0 Ghz > 1.99 e-24 J

15 Continuación: Lejano / < 1 mm > 300 Ghz > 199 e-24 J submilimétrico Infrarrojo Medio < 50 um > 6.0 Thz > 3.98 e-21 J Cercano < 2.5 um > 120 Thz > 79.5 e-21 J Luz visible < 780 nm > 384 Thz > 255 e-21 J Cercano < 380 nm > 789 Thz > 523 e-21 J Ultravioleta Extremo < 200 nm > 1.5 Phz > 993 e-21 J < 10 nm > 30.0 Phz > 19.9 e-18 J Rayos X < 10 pm > 30.0 Ehz > 19.9 e-15 J Rayos Gamma > 10 km < 30 Khz. < 1.99 e-29 J Tabla 2.1 Longitudes de onda, Frecuencias y Energía dentro del espectro. En tanto que la distribución de colores y las longitudes de onda, frecuencia y cantidad de energía en el espectro electromagnético se aprecia en la figura 2.6. Figura 2.6 Espectro Electromagnético

16 2.4 Líneas Espectrales Una línea espectral es producida y radiada cuando un electrón se mueve de una órbita o nivel energético, alrededor del núcleo del átomo hasta otra más cercana a ese núcleo. El cambio de una más próxima a otra más alejada, provocado por una adición de energía, dando como resultado la adición de ésta, y con ello una línea de absorción (ausencia de línea). Puesto que cada elemento tiene átomos diferentes de los de cualquier otro elemento, en virtud de su diferente número de partículas nucleares, cada línea espectral es única para cada elemento determinado. Los átomos poseen un núcleo el cual tiene la mayor parte de su masa y toda su carga positiva. Rodeando al núcleo se encuentra un enjambre de electrones con carga negativa. En estado estable el átomo debe ser neutro, de esta manera, la carga positiva del núcleo se contrarresta con la carga negativa de los electrones. El núcleo está formado por dos tipos de partículas, los protones y los neutrones unidos por una fuerza llamada fuerza nuclear fuerte. Los protones tienen toda la carga positiva y el número de ellos da las características fisicoquímicas al átomo. Los electrones de un átomo solo pueden encontrase en unas órbitas permitidas y no en cualquier posición con respecto al núcleo. Ahora bien, un electrón puede cambiar de una órbita a otra siempre y cuando la de destino esté desocupada. Al pasar un electrón a una órbita mas baja este necesita emitir energía, la cual libera en forma de paquete o cuanto. Para pasar a una órbita más alta requiere absorber energía en forma de cuanto de luz. El cuanto de luz emitido o absorbido es especifico para cada órbita de cada átomo específico. De esta manera al estudiar la energía electromagnética emitida o absorbida por un átomo se puede determinar que tipo de átomo es.

17 Cuando se tiene un material excitado como por ejemplo un gas calentado por la luz estelar, una gran multitud de sus átomos puede estar sufriendo cambios en la órbita de sus electrones y por este motivo se presenta gran cantidad de absorción y/o emisión de cuantos de energía, como se muestra en la figura 2.7. Figura 2.7 Diferentes tipos de espectros. Al analizar el espectro proveniente de la luz de un gas o estrella se pueden apreciar "huecos" en el espectro estudiado (líneas espectrales de absorción), corresponden a las longitudes de onda absorbidas por el átomo, Igualmente al estudiar material incandescente podremos ver espectros con líneas característicamente brillantes a las que se denominan líneas de emisión. Las moléculas también emiten y absorben radiación en longitudes características, una de las utilizadas en astronomía es la emisión de 21 cm. de las moléculas de hidrogeno. Absorción de la luz ocurre cuando un rayo luminoso se propaga por un medio, va disminuyendo paulatinamente su intensidad. Se dice que ese medio lo absorbe. También sucede que al reflejarse la luz solar sobre una sustancia, una parte de ella se absorba, produciendo la sensación de color, por ejemplo, si una sustancia absorbe todos los colores de la luz, menos el verde, que se refleja, esa sustancia la veremos de color verde.

18 Absorción de radiación sucede con los átomos o moléculas excitados son de vida relativamente corta y tienden a volver a sus estados fundamentales al cabo de aproximadamente 10E -8 seg., para que se produzca absorción de radiación la energía del fotón excitante debe igualar a la diferencia de energía entre el estado sin excitar y uno de los estados excitados de la especie absorbente. 2.5 Leyes ópticas La luz no es más que una radiación electromagnética; en el vacío las radiaciones electromagnéticas viajan en línea recta y así pueden ser descritas como rayos de luz. En nuestro medio, los rayos de luz viajan también en línea recta hasta que interaccionan con los átomos o moléculas de la atmósfera y otros objetos. Estas interacciones dan lugar a los fenómenos de reflexión, absorción y refracción. Reflexión: Cuando los rayos de luz llegan a un cuerpo en el cual no pueden continuar propagándose, salen desviados en otra dirección, es decir, se reflejan. La forma en que esto ocurre depende del tipo de superficie sobre la que inciden y del ángulo que forman sobre la misma, esto se puede apreciar en la figura 2.8. Figura 2.8 Reflexión de la luz

19 Así las superficies pulidas reflejan de una forma regular la mayor parte de las radiaciones luminosas que les llegan mientras que las superficies rugosas actúan como si estuvieran formadas por infinidad de pequeñas superficies dispuestas irregularmente y con distinta orientación, por lo que las direcciones de los rayos reflejados son distintas. La mayor parte de lo que nosotros vemos es luz que ha sido reflejada por los objetos situados en nuestro entorno. Por tanto los objetos reciben directamente la luz del Sol, reflejándola o difundiéndola hacia otros objetos que se encuentran en la sombra. Absorción: Existen superficies y objetos que absorben la mayor parte de las radiaciones luminosas que les llegan. Estos objetos se ven de color negro. Otros tipos de superficies y objetos, absorben sólo una determinada gama de longitudes de onda, reflejando el resto, esto se muestra en la figura 2.9. Figura 2.9 Absorción de la luz Esto sucede por ejemplo con los pigmentos que se utilizan en las técnicas de pintura. Por ejemplo un pigmento rojo absorbe longitudes de onda corta pero refleja un determinado rango de longitudes de onda larga, cuyo pico se centra alrededor de los 680 nm, por lo que se percibe como rojo.

20 Refracción: El cambio de dirección que sufren los rayos luminosos al pasar de un medio a otro, donde su velocidad es distinta, da lugar a los fenómenos de refracción. Así si un haz de rayos luminosos incide sobre la superficie de un cuerpo transparente, parte de ellos se reflejan mientras que otra parte se refracta, es decir penetran en el cuerpo transparente experimentando un cambio en su dirección de movimiento. Esto es lo que sucede cuando la luz atraviesa los medios transparentes del ojo para llegar hasta la retina, como se muestra en la figura Figura 2.10 Refracción de la luz 2.6 Dispositivos Optoelectronicos básicos Los dispositivos Optoelectronicos son el nexo de unión de señales electrónicas y ópticas. Más concretamente son capaces de transformar señales electrónicas en ópticas o viceversa. Los componentes optoelectrónicos son aquellos cuyo funcionamiento está relacionado directamente con la luz. Los sistemas optoelectrónicos están cada vez más de moda. Hoy en día parece imposible mirar cualquier aparato eléctrico y no ver un panel lleno de luces o de dígitos más o menos espectaculares. Por ejemplo, la mayoría de los walkman disponen de un piloto rojo que nos avisa, siempre en el momento más inoportuno, que las pilas se han agotado y

21 que deben cambiarse, tenemos la lámpara incandescente, mas comúnmente conocida como foco, o también una lámpara fluorescente, ambos transforman una señal eléctrica o electrónica en luz, es decir transforman electrones en fotones. Por otro lado el dispositivo de célula solar transforma la luz en electrones o fotones a electrones. A continuación veremos una forma de diferenciar los dispositivos optoelectronicos que a nivel de componentes podemos distinguir tres tipos de dispositivos. Dispositivos emisores: Emiten luz al ser activados por energía eléctrica. Son dispositivos que transforman la energía eléctrica en energía luminosa. A este nivel corresponden los diodos LED o los LÁSER. Dispositivos detectores: Generan una pequeña señal eléctrica al ser iluminados. Transforma, pues, la energía luminosa en energía eléctrica. Dispositivos fotoconductores: Conducen la radiación luminosa desde un emisor a un receptor. No se producen transformaciones de energía Diodo LED Un diodo LED, acrónimo inglés de Light Emitting Diode o Diodo Emisor de Luz, es un dispositivo semiconductor que emite luz monocromática cuando se polariza en directo y es atravesado por la corriente eléctrica, como se observa en la figura El color depende del material semiconductor empleado en la construcción del diodo, pudiendo variar desde el ultravioleta, pasando por el espectro de luz visible, hasta el infrarrojo, recibiendo éstos últimos la denominación de diodos IRED Diodo Emisor de Infrarrojo (Infra-Red Emitting Diode).

22 Ánodo Cátodo Figura 2.11 Representación simbólica del diodo pn. El dispositivo semiconductor está comúnmente encapsulado en una cubierta de plástico de mayor resistencia que las de vidrio que usualmente se emplean en las lámparas incandescentes. Aunque el plástico puede estar coloreado, es sólo por razones estéticas, ya que ello influye en el color de la luz emitida, como se muestra en la figura Figura 2.12 Diodo común Para obtener una buena intensidad luminosa debe escogerse bien la corriente que atraviesa el LED; el voltaje de operación va desde 1,5 hasta 2,2 voltios aproximadamente, y la gama de intensidades que debe circular por él va desde 10 hasta 20 ma en los diodos de color rojo, y de 20 a 40 ma para los otros LED s. El primer diodo LED que emitía en el espectro visible fue desarrollado por el ingeniero de General Electric Nick Holonyak en 1962.

23 En concreto, todos los diodos emiten una cierta cantidad de radiación cuando los pares electrón-hueco se recombinan, es decir, cuando los electrones caen desde la banda de conducción (de mayor energía) a la banda de valencia (de menor energía). Indudablemente, la frecuencia de la radiación emitida y, por ende, su color, dependerá de la altura de la banda prohibida (diferencias de energía entre las bandas de conducción y valencia), es decir, de los materiales empleados. Los diodos convencionales, de silicio o germanio, emiten radiación infrarroja muy alejada del espectro visible. Sin embargo, con materiales especiales pueden conseguirse longitudes de onda visibles, mas información en detalle se presenta en la tabla 2.2. Compuestos empleados en la construcción de diodos LED. Compuesto Color Frec. Arseniuro de galio (GaAs) Infrarrojo 940nm Arseniuro de galio y Aluminio (AlGaAs) Arseniuro fosfuro de galio (GaAsP) Rojo e infrarrojo Rojo, naranja y amarillo 890nm 630nm Fosfuro de galio (GaP) Verde 555nm Nitruro de galio (GaN) Verde 525nm Seleniuro de zinc (ZnSe) Azul Nitruro de galio e indio (InGaN) Azul 450nm Carburo de silicio (SiC) Azul 480nm Diamante (C) Silicio (Si) Ultravioleta En desarrollo Tabla 2.2 Compuestos para construcción de LED s

24 Los diodos LED e IRED (IRED: Diodo Emisor de Infrarrojo), además tienen geometrías especiales para evitar que la radiación emitida sea reabsorbida por el material circundante del propio diodo, lo que sucede en los convencionales. Los primeros diodos construidos fueron los diodos infrarrojos y de color rojo, permitiendo el desarrollo tecnológico posterior para la construcción de diodos de longitudes de onda cada vez menores. En particular, los diodos azules fueron desarrollados a finales de los 90 por Shuji Nakamura, añadiéndose a los rojos y verdes desarrollados con anterioridad, lo que permitió, por combinación de los mismos, la obtención de luz blanca. El diodo de seleniuro de zinc puede emitir también luz blanca si se mezcla la luz azul que emite con la roja y verde creada por fotoluminiscencia. La más reciente innovación en el ámbito de la tecnología LED son los diodos ultravioletas, que se han empleado con éxito en la producción de luz blanca al emplearse para iluminar materiales fluorescentes. Tanto los diodos azules como los ultravioletas son caros respecto de los más comunes (rojo, verde, amarillo e infrarrojo), siendo por ello menos empleados en las aplicaciones comerciales. Los LED comerciales típicos están diseñados para potencias del orden de los 30 a 60 mw. En torno a 1999 se introdujeron en el mercado diodos capaces de trabajar con potencias de 1 W para uso continuo; estos diodos tienen matrices semiconductoras de dimensiones mucho mayores para poder soportar tales potencias e incorporan aletas metálicas para disipar el calor generado por efecto Joule. En el 2002 se comercializaron diodos para potencias de 5 W, con eficiencias en torno a 60 m/w, es decir, el equivalente a una lámpara incandescente de 50 W. De continuar esta progresión, en el futuro será posible el empleo de diodos LED en la iluminación. Los diodos infrarrojos (IRED) se emplean desde mediados del siglo XX en mandos a distancia de televisores, habiéndose generalizado su uso en otros electrodomésticos como equipos de aire acondicionado, equipos de música, etc. y en general para aplicaciones de control

25 remoto, así como en dispositivos detectores. El uso de lámparas LED en el ámbito de la iluminación es previsible que se incremente en el futuro, ya que aunque sus prestaciones son intermedias entre la lámpara incandescente y la lámpara fluorescente, presenta indudables ventajas, particularmente su larga vida útil, su menor fragilidad y la menor disipación de energía, además de que, para el mismo rendimiento luminoso, producen la luz de color, mientras que los hasta ahora utilizados, tienen un filtro, lo que reduce notablemente su rendimiento. Una de las aplicaciones mas populares de los LED s es la de señalización quizá la mas utilizada sea la de 7 LED s colocadas en forma de ocho tal. Aunque externamente su forma difiere considerablemente de un diodo LED típico, internamente están constituidos por una serie de diodos LED con unas determinadas conexiones internas como e menciona a continuación. El punto +VCC corresponde a los ánodos de los 7 LED s y se conecta a un voltaje positivo para una estructura de ánodo común. Para que cada uno de los LED s se encienda es preciso que el cátodo correspondiente este conectado a un voltaje negativo para caso de una estructura de cátodo común, normalmente 0 voltios o masa. En la figura 2.13 se indica el esquema eléctrico de las conexiones del interior de un indicador luminoso de 7 segmentos. Figura 2.13 Display de 7 segmentos, a la derecha aparecen las dos posibles formas de construir el circuito.

26 Figura 2.14 Display de ánodo común y cátodo común La figura 2.14 se muestra un indicador de siete segmentos. Contiene siete LED s rectangulares (a - g), en el que cada uno recibe el nombre de segmento porque forma parte del símbolo que esta mostrando. Con un indicador de siete segmentos se pueden formar los dígitos del 0 al 9, también las letras a, c, e y f y las letras minúsculas b y d. Los entrenadores de microprocesadores usan a menudo indicadores de siete segmentos para mostrar todos los dígitos del 0 al 9 mas a, b, c, d, e y f. Utilizando la polarización de los diferentes diodos, se iluminaran los segmentos correspondientes. De esta manera podemos señalizar todos los números en base 10. El primer digito representa al diodo a, el segundo al b, el tercero al c, y así sucesivamente. Un cero representa que no polarizamos el diodo, es decir no le aplicamos tensión. Un uno representa que el diodo esta polarizado, y por lo tanto, emite luz. Muchas veces aparece un octavo segmento, entre paréntesis en el ejemplo anterior, que funciona como punto decimal, ver figura 2.15.

27 Figura 2.15 Octavo segmento Dependiendo de la tensión aplicada obtendremos una intensidad. Es aconsejable no sobrepasar la Vcc recomendada. Si se alcanza la Vcc máxima se puede destruir el segmento Diodo láser (láser semiconductor) Como se ha visto Láser: es un acrónimo de Amplificación de Luz por Emisión Estimulada de Radiación (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Las aplicaciones de estos diodos son muy diversas y cubren desde el corte de materiales con haces de gran energía hasta la transmisión de datos por fibra óptica. La conductividad de un semiconductor aumenta con la temperatura, contrariamente a lo que sucede con los materiales metálicos, cuya conductividad disminuye con la temperatura debido al aumento del nivel vibracional de los átomos. En un proceso láser cuando unimos un semiconductor tipo "p" a otro tipo "n", obtenemos una " unión p-n, esta unión p-n conduce la electricidad en una dirección preferente (hacia adelante). Este aumento direccional de la conductividad es un mecanismo común en todos los diodos y transistores utilizados en la electrónica. Y es la base del proceso láser que tiene lugar entre las bandas de energía de la unión. La figura 2.16 muestra las bandas de energía ideales de una unión p-n, sin aplicar un voltaje externo.

28 Figura 2.16 Niveles de energía de una unión p-n sin voltaje aplicado El nivel máximo de energía ocupado por electrones se denomina Nivel de Fermi. Cuando se conecta el polo positivo de un voltaje a la cara p de la unión p-n, y el negativo a la cara n, se establece un flujo de corriente a través de la unión p-n. El voltaje puede ser aplicado de dos formas o configuraciones posibles, el Voltaje positivo o hacia adelante significa que el polo negativo del voltaje es aplicado a la cara "n" de la unión, y el polo positivo a la cara "p, como se muestra en la figura Figura 2.17 Bandas de energía de una unión p-n cuando se le aplica un voltaje positivo. El voltaje hacia adelante o positivo crea portadores extra en la unión, reduciendo la barrera de potencial, y origina la inyección de portadores de carga, a través de la unión, al otro lado. Cuando un electrón de la banda de conducción en el lado "n" es inyectado a través de la unión a un " hueco " vacío en la banda de valencia del lado "p, tiene lugar un proceso de recombinación (electrón + hueco), y se libera energía. En los diodos láser, nuestro interés se concentra en los casos específicos en que la energía es liberada en forma de radiación láser. Se produce un fuerte aumento de la conductividad cuando el voltaje positivo es aproximadamente igual a la brecha de energía del semiconductor.

29 El Voltaje negativo o hacia atrás causa un aumento de la barrera de potencial, disminuyendo la posibilidad de que los electrones salten al otro lado. Aumentando el voltaje negativo a valores altos (décimas de voltio), se puede obtener un colapso del voltaje de la unión (avalancha). Los diodos láser son constructivamente diferentes a los diodos LED normales. Las características de un diodo láser son: La emisión de luz es dirigida en una sola dirección: Un diodo LED emite fotones en muchas direcciones. Un diodo láser, en cambio, consigue realizar un guiado de la luz preferencial una sola dirección, ver figura Figura 2.18 Corte esquemático de la emisión de luz en diodos LED y láser La emisión de luz láser es monocromática: Los fotones emitidos por un láser poseen longitudes de onda muy cercanas entre sí. En cambio, en la luz emitida por diodos LED, existen fotones con mayores dispersiones en cuanto a las longitudes de onda, como se muestra en la figura 2.19.

30 Figura 2.19 Intensidad de luz en función de la longitud de onda para diodos LED y láser Debido a estas dos propiedades, con el láser se pueden conseguir rayos de luz monocromática dirigidos en una dirección determinada. Como además también puede controlarse la potencia emitida, el láser resulta un dispositivo ideal para aquellas operaciones en las que sea necesario entregar energía con precisión. Todos los láseres de diodo están construidos con materiales semiconductores, y tienen las propiedades características de los diodos eléctricos. Por esta razón reciben nombres como: Láser de semiconductor - por los materiales que los componen. Láser de diodo - ya que se componen de uniones p-n como un diodo. Láser de inyección - ya que los electrones son inyectados en la unión por el voltaje aplicado. De hecho, la familia actual de láseres de diodo es utilizada en productos de alto consumo como: CD -Compact Disk s, Impresoras Láser, Escáner y comunicaciones ópticas. Los investigadores consiguieron radiación electromagnética coherente de un diodo de unión p-n en base al material semiconductor (GaAs) Arseniuro de Galio. Construcción de un Diodo Láser: Se muestra la estructura básica en capas de un láser de diodo simple en la figura 2.20.

31 Figura 2.20 Estructura básica de un láser de diodo. Las capas de los materiales semiconductores están dispuestas de modo que se crea una región activa en la unión p-n, y en la que aparecen fotones como consecuencia del proceso de recombinación. Una capa metálica superpuesta a las caras superior e inferior permite aplicar un voltaje externo al láser. Las caras del semiconductor cristalino están cortadas de forma que se comportan como espejos de la cavidad óptica resonante. La Figura 2.21 describe la forma en que la radiación láser electromagnética es emitida para un diodo láser simple. La radiación láser tiene forma rectangular y se difunde a diferentes ángulos en dos direcciones. Figura 2.21 Perfil de la radiación láser emitida por un diodo láser simple

32 Llegando a la conclusión de que los portadores de carga en un láser de diodo son los electrones libres en la banda de conducción, y los huecos positivos en la banda de valencia. En la unión p-n, los electrones "caen" en los huecos, que corresponden a niveles de energía más bajos. El flujo de corriente a través de la unión p-n del láser de diodo ocasiona que ambos tipos de portadores (huecos y electrones) se recombinen, siendo liberada energía en forma de fotones de luz. La energía de un fotón es aproximadamente igual a la de la brecha de energía. La brecha de energía viene determinada por los materiales que componen el diodo láser y por su estructura cristalina. Curva Corriente-Potencia de un Diodo Láser Si la condición requerida para la acción láser de inversión de población no existe, los fotones serán emitidos por emisión espontánea. Los fotones serán emitidos aleatoria mente en todas las direcciones, siendo ésta la base de los LED. La inversión de población sólo se consigue con un bombeo externo. Aumentando la intensidad de la corriente aplicada a la unión p-n, se alcanza el umbral de corriente, es decir cuando la banda de valencia se encuentra llena de huecos y la banda de conducción esté llena de electrones, esto se logra incrementando el dopado de las dos zonas de forma que el nivel Fermi de la zona n este por encima de la banda de conducción y el de la zona p por debajo de la banda de valencia. En la figura 2.22 se muestra un ejemplo de la potencia emitida por un diodo láser en función de la corriente aplicada. Se aprecia enseguida que la pendiente correspondiente a la acción láser es mucho mayor que la correspondiente a un led.

33 Figura 2.22 Potencia de emisión de un diodo láser en función de la corriente aplicada. El umbral de corriente para el efecto láser viene determinado por la intersección de la tangente de la curva con el eje X que indica la corriente (esta es una buena aproximación) Cuando el umbral de corriente es bajo, se disipa menos energía en forma de calor, con lo que la eficiencia del láser aumenta. En la práctica, el parámetro importante es la densidad de corriente, medida en A/cm 2, de la sección transversal de la unión p-n. Uno de los problemas básicos de los diodos láser es el aumento del umbral de corriente con la temperatura. Los operativos a bajas temperaturas requieren bajas corrientes. A medida que la corriente fluye por el diodo, se genera calor. Si la disipación no es la adecuada, la temperatura aumenta, con lo que aumenta también el umbral de corriente. Además, los cambios en temperatura afectan a la longitud de onda emitida por el diodo láser. Este cambio se ilustra en la figura 2.23, y se compone de dos partes:

34 Figura 2.23 Cambio de la longitud de onda emitida en función de la temperatura Un aumento gradual de la longitud de onda emitida proporcional al aumento de temperatura, hasta que, se produce un salto a otro modo longitudinal de emisión. Debido a estas variaciones con la temperatura, se necesitan diseños especiales para poder conseguir una emisión continua de alta potencia. El confinamiento de la luz dentro de la zona activa es un factor importante en la construcción de un diodo láser. Dicho confinamiento se acompaña por la deposición de distintos materiales cerca de la zona activa. En consecuencia, la primera clasificación del láser de diodo considera los tipos de estructura cercanos a la zona activa mostrados en la tabla Tabla 2.3 Distintas estructuras de confinamiento utilizadas

35 El nombre de cada grupo o familia viene dado por el tipo de materiales existentes cerca de la capa activa: Láser de unión homogénea (Homojunction láser): Todo el láser está constituido por un mismo material, normalmente GaAs - Arsenuro de Galio. En este tipo de estructura simple, los fotones emitidos no están confinados en direcciones perpendiculares al eje del láser, con lo que su eficiencia es muy baja. Estructura heterogénea simple (Single Heterostructure) - En un lado de la capa activa existe otro material con una brecha de energía diferente. Esta diversidad de brechas de energía motiva un cambio en el índice de refracción de los materiales, de modo que se pueden construir estructuras en guía de ondas que confinan a los fotones en un área determinada. Normalmente, la segunda capa es de un material similar al de la primera, solo que con un índice de refracción menor. Ejemplo: El GaAs (Arseniuro de Galio) y el GaAlAs (Arseniuro de Galio Aluminio) son materiales próximos utilizados habitualmente. Estructura Heterogénea Doble (Double Heterostructure): Un material distinto se coloca a ambos lados de la capa activa, con un índice de refracción menor (mayor brecha de energía). Este tipo de estructuras confinan la luz dentro de la capa activa, por lo que son más eficientes por ejemplo: Capa activa de GaAs confinada entre dos capas de GaAlAs. Hoy en día una estructura habitual es una tira estrecha de la capa activa (Triple Geometría - Geometría en tiras), confinada por todos los lados (tanto por los lados como por arriba y abajo) con otro material. Esta familia de láseres se denomina Indexa Guided Lasers-Láseres orientados al índice.

36 Las ventajas de este tipo de láseres de diodo son: 1. Fáciles de producir 2. Es relativamente fácil conseguir una potencia alta, ya que al aumentar la corriente aumenta la zona activa Las desventajas son: 1. La calidad del haz obtenido es menor que con los orientados al índice. 2. Es más difícil conseguir una emisión estable en frecuencia simple. Monturas del Láser de Diodo Se requieren monturas especiales para los láseres de diodo, debido a su tamaño miniaturizado, para poder ser operativos y cómodos. Existen muchos tipos de monturas, pero quizás el más estándar es similar a un transistor, e incluye en la montura las ópticas necesarias para colimar el haz como se muestra en la figura 2.24 incisos a y b. Figura 2.24 (a) Montura de un láser de diodo comercial

37 Figura 2.24 (b) Sección perpendicular Para poder obtener más potencia de los láseres de diodo, se han desarrollado matrices de diodos láser, que emiten sincronizadamente, y que están óptimamente acoplados, de modo que se alcanzan las décimas de vatio. Que cuentan con las siguientes ventajas sobre otros diodos laser: Volumen y peso pequeños Umbral de corriente muy bajo Consumo de energía muy bajo Banda del espectro estrecha, que puede llegar a ser de unos pocos kilo-hz. en diodos láser especial. Cavidades ópticas especiales en los diodos láser: La cavidad óptica más simple es la creada al pulir los extremos del cristal de semiconductor del que se compone el láser. El pulido crea un plano perpendicular al plano del medio activo, de modo que es perpendicular al eje del láser. Debido al alto índice de refracción (n» 3.6) de los materiales utilizados, la reflexión de la cara pulida es de aproximadamente el 30%. Es posible cambiar esta reflexión utilizando técnicas de metalizado en capas. Un tipo de capa es el 100% reflectante en uno de los lados del diodo láser.

38 En algún tipo de láser, las pérdidas que atraviesan la capa trasera son utilizadas para controlar la potencia emitida por la parte delantera, obteniéndose una retro-alimentación en tiempo real. Un tipo distinto y más complicado puede fabricarse integrando una red de difracción cerca de la capa activa del láser. Existen dos tipos de estructura que utilizan redes de difracción en vez de capa espejada en un extremo de la cavidad, ver figura DFB Retroalimentación distribuida (Distributed FeedBack Laser)-la red de difracción se distribuye a lo largo de todo el medio activo. La longitud de onda de la red determina la longitud de onda emitida por el láser, en una línea muy fina del espectro. 2. DBR Reflector de Bragg Distribuido (Distributed Bragg Reflector)-la red de difracción está fuera de la zona activa, en donde no circula corriente (parte pasiva de la cavidad) Figura 2.25 Cavidades ópticas especiales utilizadas para obtener líneas de emisión estrechas Diodos láser Acoplados: Existen también estructuras especiales en donde dos láseres se acoplan ópticamente. La radiación emitida por el primer láser es transferida al segundo, que es controlado por otra fuente de alimentación. Un ejemplo puede verse en la figura 2.26.

39 Figura 2.26 Láser de diodo con acoplamiento óptico Por mencionar una de las muchas aplicaciones de los diodos láser es la de lectura de información digital de soportes de datos tipo CD-ROM o la reproducción de discos compactos musicales. El principio de operación de uno y otro es idéntico como se muestra en la figura Figura 2.27 Detalle de un esquema del funcionamiento del CD-ROM

40 Un haz láser es guiado mediante lentes hasta la superficie del CD. A efectos prácticos, se puede suponer dicha superficie formada por zonas reflectantes y zonas absorbentes de luz. Al incidir el haz láser en una zona reflectante, la luz será guiada hasta un detector de luz: el sistema ha detectado un uno digital. Si el haz no es reflejado, al detector no le llega ninguna luz: el sistema ha detectado un cero digital. Un conjunto de unos y ceros es una información digital, que puede ser convertida en información analógica en un convertidor digital-analógico. Pero esa es otra historia que por el momento no se abordara Display de Cristal Líquido (LCD s) Los LCD s difieren de otros tipos de displays en que no generan luz sino que trabajan con la reflexión de la luz. La mayoría de las sustancias tienen un único punto de fusión que cuando se supera su estado cambia de sólido a líquido, pero hay un grupo de materiales, denominados cristales líquidos, que a una temperatura se transforman en un líquido opaco y como nuboso para a una temperatura superior transformarse en un líquido típico. Estos cristales líquidos están formados por unas moléculas alargadas con forma de puro o planas, la mayoría de estas sustancias son compuestos orgánicos. En la fase de cristal líquido las moléculas se ordenan de forma especial. Según la organización los cristales líquidos se dividen en tres tipos: smecticos, nemáticos y colestéricos, podemos verlos en la se alinean con una estructura simétrica, como se muestra en la figura 2.28.

41 Figura 2.28 Detalle de amontonamiento de moléculas. En este estado el material es transparente. Un campo eléctrico provoca que las moléculas pierdan alineación de manera que se vuelven opacas a la luz. De esta manera, aplicando o no aplicando un campo eléctrico (es decir, polarizando o no polarizando), podemos jugar con oscuridad o transparencia respectivamente. Si aplicamos el campo localmente en geometrías iguales al display de 7 segmentos, conseguiremos un display análogo al de los LED's, pero con cristal líquido, detalle que se muestra en la figura 2.29.

42 Figura 2.29 Esquema constructivo de un LCD En la construcción de un LCD se depositan electrodos transparentes en la cara interior de los cristales, tal y como aparece en la figura superior. Estos electrodos tienen la geometría deseada, por ejemplo, el display de 7 segmentos. El espesor del cristal líquido es muy pequeño, del orden de 0.01mm. Si no se polarizan los terminales, al incidir la luz sobre el cristal frontal, pasa a través del cristal líquido y es reflejada por el espejo incidiendo en el ojo que está mirando. El resultado: todo se ve de color claro. Si polarizamos un electrodo, por ejemplo, el electrodo a, el cristal líquido pegado al electrodo se vuelve opaco, negro, oscuro. La luz ya no es reflejada. La figura 2.30 nos muestra la ubicaciones de secciones transversales de un LCD, en ella hay una capa de cristal líquido de unas 10µm entre dos capas de orientación molecular que fijan el eje de las moléculas del cristal que las tocan la celda además tiene dos barreras para que el cristal no fluya, los electrodos para la polarización y los polarizadores externos. Esta estructura sería la misma que en un reloj digital. Polarizador Sustrato de Vidrio Electrodo transparente Capa de orientación molecular Barrera Cristal liquido Barrera Lateral lateral

43 Capa de orientación molecular Electrodo transparente Sustrato de Vidrio Polarizador Sustrato de reflector Figura 2.30 Estructura de un LCD reflectivo tipo Twisted nematic y transparente por defecto. El funcionamiento global de esta estructura sin polarización en los electrodos sería: -La luz externa incide sobre el polarizador superior y tras él nos encontramos luz polarizada de forma lineal en la dirección que permite el filtro. -La luz linealmente polarizada atraviesa el sustrato de vidrio, el electrodo y la capa de orientación molecular sin ningún cambio. -En el interior del cristal líquido la luz sufrirá un giro del eje de polarización de 90º -Tras el filtro la luz atraviesa de nuevo el sustrato de vidrio, el electrodo y la capa de orientación molecular sin ningún cambio. Con polarización en los electrodos: -Hasta llegar al cristal líquido el proceso es el mismo. -El cristal al estar polarizado se ha reorientado de forma que ya no gira el eje de la luz por lo que ésta lo atraviesa sin cambiar su polarización. -Cuando la luz llega al segundo polarizador no está orientada a 90º ya que no ha girado y por tanto no atravesará el segundo. -No queda luz que reflejar en el espejo y por tanto desde el exterior se ve algo oscuro.

44 Desde el punto de vista eléctrico, se puede representar el LCD como una capacidad de valor muy pequeño en paralelo con una resistencia muy grande, como se muestra en la figura Figura 2.31 Circuito equivalente de un LCD. Se necesita una señal pequeña en AC de 3 a 7 voltios para polarizar el LCD. Tensiones mayores romperían la fina capa de cristal líquido. La frecuencia de la tensión puede variar entre 30 y 50 Hz. Frecuencias más bajas producen un efecto de parpadeo, frecuencias más altas producen un aumento del consumo. Algunos datos sobre sus ventajas y desventajas serian: -Bajo consumo de potencia (unas pocas decenas de μw/cm 2 ) lo que significa largo tiempo de vida para las baterías. Ahorro energético. -Con bajas tensiones (10V o menos) se consigue el correcto funcionamiento del circuito. La circuitería es compacta y simple. -El dispositivo es delgado y se puede aplicar a pantallas grandes y minúsculas, de modo que es muy adecuado para dispositivos portatiles. -Debido a que es un dispositivo pasivo, la pantalla está clara incluso con mucha luz incidiendo sobre ella. -Se pueden hacer pantallas a color. -Se puede usar este tipo de pantallas para proyección de modo que pueden conseguirse imágenes grandes (varios metros cuadrados).

45 Aunque también hay inconvenientes: -Como es un dispositivo pasivo no puede verse en sitios oscuros. -El contraste de la imagen depende del ángulo de visión. -La respuesta depende de la temperatura, no funciona bien para temperaturas bajas (<-20ºC) Fotodetectores Los componentes fotodetectores son aquellos componentes que varían algún parámetro eléctrico en función de la luz. Todos los componentes fotodetectores están basados en el mismo principio. Si construimos un componente con un material semiconductor de manera que la luz pueda incidir sobre dicho material, la luz generará pares electrón-hueco. Esta generación se realiza de manera análoga a la generación térmica de portadores ya estudiada. En la siguiente sección mostraremos principalmente características de componentes de utilización más común: a) Fotorresistencias b) Fotodiodos. c) Fotodiodos PIN y APD. d) Fototransistores. a) Fotorresistencia: Una fotorresistencia se compone de un material semiconductor cuya resistencia varia en función de la iluminación. La fotoresistencia reduce su valor resistivo en presencia de rayos luminosos. Es por ello por lo que también se le llama resistencias dependientes de luz (light dependent resistors), fotoconductores o células fotoconductoras.

46 Cuando incide la luz en el material fotoconductor se generan pares electrón hueco. Al haber un mayor número de portadores, el valor de la resistencia disminuye. De este modo, la fotorresistencia iluminada tiene un valor de resistencia bajo, como se aprecia en la figura Figura 2.32 Fotogeneración de portadores Si dejamos de iluminar, los portadores fotogenerados se recombinarán hasta volver hasta sus valores iniciales. Por lo tanto el número de portadores disminuirá y el valor de la resistencia será mayor, como se aprecia en la figura Figura 2.33 Estado de conducción sin fotogeneración

47 Por supuesto, el material de la fotorresistencia responderá a unas longitudes de onda determinadas. Es decir, la variación de resistencia será máxima para una longitud de onda determinada. Esta longitud de onda depende del material y el dopado, y deberá ser suministrada por el proveedor, el material mas utilizado como sensor ees el silicio, GaAsP y GaP. En general, la variación de resistencia en función de la longitud de onda presenta curvas como se aprecia en la figura Figura2.34 Variación de resistencia en función de la longitud de onda de radiación. b) Fotodiodos: Son diodos de unión PN cuyas características eléctricas dependen de la cantidad de luz que incide sobre la unión. En la figura 2.35 se muestra el símbolo de representación electrónica. Figura 2.35 Símbolo del fotodiodo

48 El efecto fundamental bajo el cual opera un fotodiodo es la generación de pares electrón hueco debido a la energía luminosa. Este hecho es lo que le diferencia del diodo rectificador de silicio en el que, solamente existe generación térmica de portadores de carga. La generación luminosa, tiene una mayor incidencia en los portadores minoritarios, que son los responsables de que el diodo conduzca ligeramente en inversa. El comportamiento del fotodiodo en inversa se ve claramente influenciado por la incidencia de luz. Conviene recordar que el diodo real presenta unas pequeñas corrientes de fugas de valor I S. Las corrientes de fuga son debidas a los portadores minoritarios, electrones en la zona P y huecos en la zona N. La generación de portadores debido a la luz provoca un aumento sustancial de portadores minoritarios. Así pues cuando tengamos luz incidiendo sobre nuestro fotodiodo la relación I-V (Corriente Voltaje) evolucionara, lo que se traduce en un aumento de la corriente de fuga en inversa tal y como se muestra en la figura Figura 2.36 Curvas características de un fotodiodo

49 El comportamiento del fotodiodo en directa apenas se ve alterado por la generación luminosa de portadores. Esto es debido a que los portadores provenientes del dopado (portadores mayoritarios) son mucho más numerosos que los portadores de generación luminosa. Para caracterizar el funcionamiento del fotodiodo se definen los siguientes parámetros: -Se denomina corriente de oscuridad (dark current), a la corriente en inversa del fotodiodo cuando no existe luz incidente. -Se define la sensibilidad del fotodiodo al incremento de intensidad al polarizar el dispositivo en inversa por unidad de intensidad de luz, expresada en luxes o en mw/cm 2. (2.3) Esta relación es constante para un amplio intervalo de iluminaciones. El modelo esquematico del fotodiodo en inversa está formado por un generador de intensidad cuyo valor depende de la cantidad de luz. En directa, el fotodiodo se comporta como un diodo normal. Si está fabricado en silicio, la tensión que cae en el dispositivo será aproximadamente 0,7 V. Los fotodiodos son más rápidos que las fotorresistencias, es decir, tienen un tiempo de respuesta menor, sin embargo solo pueden conducir en una polarización directa corrientes relativamente pequeñas. Un fotodiodo presenta una construcción análoga a la de un diodo LED, en el sentido de que necesita una ventana transparente a la luz por la que se introduzcan los rayos luminosos para incidir en la unión PN. En la figura 2.37, aparece una geometría típica. Por supuesto, el encapsulado es transparente a la luz.

50 Figura 2.37 Corte transversal de un fotodiodo comercial. c) Fotodiodo PIN y APD: El detector convierte la señal óptica que procede de la fibra en señal eléctrica como primera parte del proceso de recepción; a continuación, la señal se regenera, bien para llevarla a un equipo terminal o para ser incorporada a la siguiente etapa de un repetidor óptico. Los fotodiodos utilizados actualmente son: Fotodiodo PIN (Positivo-Intrínseco-Negativo):El diodo PIN es un diodo que presenta una región P fuertemente dopada y otra región N también fuertemente dopada, separadas por una región de material que es casi intrínseco como se aprecia en la figura Figura 2.38 Capas de diodo PIN Este tipo de diodos se utiliza en frecuencias de microondas, es decir, frecuencias que exceden de 1 GHz, puesto que incluso en estas frecuencias el diodo tiene una impedancia muy alta cuando está inversamente polarizado y muy baja cuando esta polarizado en

51 sentido directo. Además, las tensiones de ruptura están comprendidas en el margen de 100 a 1000 V. La luz entra al diodo por una ventana muy pequeña y es absorbida por el material intrínseco, el cual agrega la energía suficiente para lograr que los electrones se muevan de la banda de valencia a la banda de conducción y se generen portadores de carga eléctrica que permiten que una corriente fluya a través del diodo, de anodo a cátodo como se muestra la figura Ánodo Cátodo Figura 2.39 Símbolo de diodo PIN Los elementos más utilizados en la fabricación de este tipo de detectores son el Germanio y últimamente se utiliza el Arseniuro de Galio (GaAs), Arseniuro de Galio e Indio (GaInAs), Indio Fosfato (InP), con resultados muy buenos. Los diodos PIN requieren bajas tensiones para su funcionamiento, pero deben utilizar buenos amplificadores, presentan tiempos de vida relativamente altos. En virtud de las características del diodo PIN se le puede utilizar como interruptor o como modulador de amplitud en frecuencias de microondas ya que para todos los propósitos se le puede presentar como un cortocircuito en sentido directo y como un circuito abierto en sentido inverso. También se le puede utilizar para conmutar corrientes muy intensas y/o tensiones muy grandes.

52 Fotodiodo APD (Fotodiodo de Avalancha): Los fotodiodos de avalancha son una estructura de materiales semiconductores, ordenados en forma p-i-p-n, como se muestra en la figura Figura 2.40 Capas del diodo APD La luz entra al diodo y es absorbida por la capa n, haciendo que ciertos electrones pasen de la banda de valencia a la banda de conducción. Debido al gran campo eléctrico generado por la polarización inversa, los electrones adquieren velocidades muy altas y al chocar con otros electrones de otros átomos, hacen que éstos se ionicen. Los átomos ionizados ionizan a su vez otros átomos, desencadenando un efecto de avalancha de corriente fotoeléctrica. Los fotodiodos APD son 10 veces más sensibles que los diodos PIN y requieren de menos amplificación adicional. Su desventaja radica en que los tiempos de transición son muy largos y su vida útil es muy corta. Los fotodiodos APD de Silicio presentan ruido bajo y un rendimiento hasta del 90% trabajando en primera ventana. Su factor de ganancia, M, es alto (de 50 a 150) y no es crítico, porque la ganancia del receptor es fácilmente controlable mientas el factor F sea bajo. Su sensibilidad es casi inversamente proporcional a la velocidad binaria, típicamente de 64 dbm a 8 Mb/s y 50 dbm a 140 Mb/s y el tiempo medio entre fallas es de 10 7 horas. La corriente de oscuridad es relativamente baja: a 25 C está entre 1 y 5 na. En

53 cuanto a los anchos de banda obtenidos comercialmente, superan 1 GHz. Como inconveniente, está su alta tensión de alimentación ( V). Los fotodiodos APD de germanio trabajan con longitudes de onda comprendidas entre 1000 y 1300 nm y rendimientos del 70% presentan como inconveniente el ajuste y control de factor M que, por cierto, tiene un valor óptimo más bajo (15 20) que en los de silicio. Se puede prolongar su funcionamiento hasta los 1550 nm, pero necesitan entonces una zona de deflexión próxima a las 10 m, frente a las 3 ó 4 que son habituales. Además de esto, la aplicación para 1550 nm suele ir acompañada de mayores velocidades de transmisión y en este sentido el APD de germanio es bastante limitado. De lo indicado en el párrafo anterior, la corriente de oscuridad es alta (del orden de 0,1 A) y se duplica cada 9 ó 10 C, afectando a su sensibilidad. Esta varía, igual que en los de silicio, con el régimen binario, siendo valores habituales los siguientes: -45 dbm a 34 Mb/s -40 dbm a 140 Mb/s -35 dbm a 565 Mb/s En cuanto a la tensión necesaria para la polarización, es del orden de los 30 V, encontrándose en el mercado fotodiodos de este tipo cuyos anchos de banda alcanzan 1 GHz. Características comparativas entre los diodos PIN y APD Costo.- Los diodos APD son más complejos y por ende más caros. Vida.- Los diodos PIN presentan tiempos de vida útil superiores. Temperatura.- Los diodos APD poseen velocidades de respuesta mayores, por lo tanto permiten la transmisión de mayores tasas de información. Circuitos de polarización.- Los diodos PIN requieren circuitos de polarización más simples, pues trabajan a menores tensiones.

54 d) Fototransistor: Se llama fototransistor a un transistor sensible a la luz, normalmente a los infrarrojos. La luz incide sobre la región de base, generando portadores en ella. Esta carga de base lleva el transistor al estado de conducción. El fototransistor es más sensible que el fotodiodo por el efecto de ganancia propio del transistor. Se trata de un transistor bipolar sensible a la luz, como se muestra en la figura C E Figura 2.41 Símbolo del fototransistor La luz incide sobre la región de base-, generando portadores en ella. Esta carga de base lleva el transistor al estado de conducción. En esta unión se generan los pares electrón - hueco, que provocan la corriente eléctrica. El funcionamiento de un fototransistor viene caracterizado por los siguientes puntos: Un fototransistor opera, generalmente sin terminal de base (Ib = 0) aunque en algunos casos hay fototransistores tienen disponible un terminal de base para trabajar como un transistor normal. La sensibilidad de un fototransistor es superior a la de un fotodiodo, ya que la pequeña corriente fotogenerada es multiplicada por la ganancia del transistor. Las curvas de funcionamiento de un fototransistor son las que aparecen en la figura Como se puede apreciar, son curvas análogas a las del transistor BJT, sustituyendo la

55 intensidad de base por la potencia luminosa por unidad de área que incide en el fototransistor. Figura 2.42 Curvas características de un fototransistor típico Optoacopladores Existen muchas situaciones en las cuales se necesita transmitir información entre circuitos conmutadores aislados eléctricamente uno del otro. Este aislamiento (aislamiento galvánico) ha sido comúnmente provisto por relees o transformadores de aislamiento. Existen sin embargo en el mercado otros dispositivos capaces de proporcionar el aislamiento requerido, los cuales son muy efectivos para solucionar este tipo de situaciones. Estos dispositivos se llaman optoacopladores, estos dispositivos son más necesarios en situaciones donde se desea protección contra altos voltajes y aislamiento de ruidos, así como cuando el tamaño de dispositivo es un factor a considerar. Un optoacoplador es un componente formado por la unión de al menos un emisor (diodo LED) y un fotodetector (fototransistor u otro) acoplados a través de un medio

56 conductor de luz, pueden ser encapsulados o de tipo discreto como se aprecia en la figura Figura 2.43 Esquema de un optó acoplador Cuanta mayor intensidad atraviesa el fotodiodo, mayor será la cantidad de fotones emitidos y, por tanto, mayor será la corriente que recorra el fototransistor. Se trata de una manera de transmitir una señal de un circuito eléctrico a otro. Obsérvese que no existe comunicación eléctrica entre los dos circuitos, es decir existe un trasiego de información pero no existe una conexión eléctrica: la conexión es óptica. Las implementaciones de un optóacoplador son variadas y dependen de la casa que los fabrique. Una de las más populares se muestra en la figura Se puede observar como el LED, en la parte superior, emite fotones que, tras atravesar el vidrio, inciden sobre el fototransistor.

57 Figura 2.44 Esquema constructivo de un optoacoplador Obsérvese también el aislamiento eléctrico entre fototransistor y LED ya mencionado. La estructura interna de un Optoacoplador es vista en la figura 2.45 donde se muestra la perspectiva interna de un optoacoplador salida darlington. Una resina aloja al elemento sensitivo a la luz (fototransistor o fototransistor de salida Darlington) que esta rodeado por otra resina que permite la transmisión de la luz. Figura 2.45 Estructura interna de un optó acoplador Una señal luminosa es transmitida por un diodo emisor de luz hacia el transistor fotosensitivo a través de la resina transmisora de luz interna. La corriente de salida IC (corriente de colector del fototransistor) es proporcional a la corriente de entrada IF (corriente en el diodo LED). La relación entre estas dos corrientes se llama razón de transferencia de corriente (CTR) y depende de la temperatura ambiente. A mayor temperatura ambiente, la corriente de colector en el fototransistor es mayor para la misma corriente IF (la corriente por el diodo LED) La entrada (circuito del diodo)

58 y la salida (circuito del fototransistor) están 100% aislados y la impedancia de entrada es muy grande (10 13 Ω típico) El optoacoplador es un dispositivo sensible a la frecuencia y el CTR disminuye al aumentar ésta. Existen varios tipos de optoacopladores que se son básicamente clasificados por su salida, es decir la forma en que funciona internamente como los que se mencionan a continuación: -Salida a Fototransistor -Salida Doble Fototransistor -Salida Foto-Darlington -Salida Digital -Salida Foto-SCR -Salida Foto-Triac Al realizar un acople entre dos sistemas mediante la transmisión de energía radiante (fotones), se elimina la necesidad de una tierra común, es decir que ambas partes acopladas pueden tener diferente voltajes de referencia, lo cual constituye la principal ventaja de los optoacopladores. La señal de entrada es aplicada al fotoemisor y la salida es tomada del fotorreceptor, los optoacopladores son capaces de convertir una señal eléctrica en una señal luminosa modulada y volver a convertirla en una señal eléctrica. La gran ventaja de un optoacoplador reside en el aislamiento eléctrico que puede establecerse entre los circuitos de entrada y salida. Los fotoemisores que se emplean en los optoacopladores de potencia son diodos que emiten rayos infrarrojos (IRED) y los fotorreceptores pueden ser tiristores o transistores.

59 Cuando aparece una tensión sobre los terminales del diodo IRED, este emite un haz de rayos infrarrojo que transmite a través de una pequeña guía-ondas de plástico o cristal hacia el fotorreceptor. La energía luminosa que incide sobre el fotorreceptor hace que este genere una tensión eléctrica a su salida. Este responde a las señales de entrada, que podrían ser pulsos de tensión. Para utilizar completamente las características ofrecidas por un optóacoplador es necesario que el diseñador tenga conocimiento de las mismas. Las diferentes características entre las familias son atribuidas principalmente a la diferencia en la construcción. Las características más usadas por los diseñadores son las siguientes: 1. Aislamiento de alto voltaje: El aislamiento de alto voltaje entre las entradas y las salidas son obtenidas por el separador físico entre el emisor y el sensor. Este aislamiento es posiblemente el más importante avance de los optoacopladores. Estos dispositivos pueden resistir grandes diferencias de potencial, dependiendo del tipo de acople medio y la construcción del empaquetado. 2. Aislamiento de ruido: El ruido eléctrico en señales digitales recibidas en la entrada de el optóacoplador es aislado desde la salida por el acople medio, desde el diodo de entrada el ruido de modo común es rechazado. 3. Ganancia de corriente: La ganancia de corriente de un optóacoplador es en gran medida determinada por la eficiencia de los sensores NPN y por el tipo de transmisión media usado. 4. Tamaño: Las dimensiones de estos dispositivos permiten ser usados en tarjetas impresas estándares. Los empaquetados de los optoacopladores son por lo general del tamaño del que tienen los transistores.

60 Otra característica de suma importancia dentro de estos dispositivos es la razón de transferencia de corriente (CTR) de un optoacoplador que es la proporción del valor de la corriente de salida a la corriente de entrada. El CTR es un parámetro equivalente al hfe, factor de amplificación de un transistor. El CTR es uno de las características más importantes de los optoacoples, así como el aislamiento de voltaje. En el diseño, el CTR debe ser considerado en primer lugar pues el CTR: 1. Es dependiente de la corriente directa I F que fluye en el LED. 2. Lo afectan los cambios en la temperatura ambiente. 3. Varía conforme el tiempo pasa. 1 CAPITULO 3 DISPOSITIVOS EN LA REGIÓN DEL ESPECTRO INFRARROJO 3.1 Introducción En el siguiente capítulo nos enfocaremos en algunos datos técnicos de dispositivos emisores y receptores que trabajan dentro del espectro infrarrojo, cabe mencionar que se manejarán sólo tres tipos de dispositivos: Fotodiodos-Fototransistores y dispositivos Optoacopladores, los cuales ya habíamos hablado de su funcionamiento en el capítulo anterior, es así como se recopilo datos de los mismos, aunque es bien sabido que los dispositivos para el diseño de circuitos de transmisión de información por infrarrojo es muy variado y extenso, así que solo manejamos datos técnicos de dispositivos que se pueden localizar con mucha frecuencia en tiendas de electrónica así como su finalidad, algunas características y posibles

61 aplicaciones serán mencionadas brevemente en cada uno de ellos. El fin de este capitulo se basa en dar información que pocas veces encontramos a la mano por lo que los datos técnicos correspondientes a estos dispositivos serán una buena forma de conocer un poco más a fondo las aplicaciones de cada uno de ellos. Nosotros como estudiantes sabemos de primera mano la importancia de los datos técnicos de los dispositivos que utilizamos frecuentemente en los diseños que llevamos a cabo por lo que creemos que estos datos aquí proporcionados serán de alguna utilidad para hacer un poco más fácil el trabajo. Una vez dicho lo anterior empezamos a ver los dispositivos que organizamos de la siguiente forma, primero están los dispositivos de emisión o bien los diodos emisores de infrarrojo para seguir después con los que serán los receptores o fototransistores que forman la primera sección, una vez vistos, pasaremos a la segunda sección donde aparecen los dispositivos Optoacopladores donde se verán agrupados un numero de dispositivos por estructura interna y utilización, aclarado lo anterior entonces empezamos de una buena vez.

62 3.2 Diodos Emisores de Infrarrojo QED233, QED234 El QED233/234, fabricado por la empresa Fairchild, elaborado en un paquete T-1 ¾; con un chip elaborado de AlGaAs con GaAs. Se relaciona con los fotosensores: QSD122/123/124, ideal para aplicaciones de control remoto. En la figura 3.1 se muestra la apariencia del diodo emisor de IR y el diagrama de radiación. a) b) Figura 3.1 Diodo emisor de IR; (a) apariencia, (b) diagrama de radiación. Características Material del chip = Ventana de AlGaAs con GaAs Tipo de paquete: T-1 ¾ (diámetro de la lente de 5mm) Alta energía de salida Material y color del paquete: Plástico claro, desteñido,

63 En la tabla 3.1 se presentan los rangos máximos absolutos del diodo emisor de IR en cuestión. Rangos máximos absolutos (T A = 25 C a menos que se especifique otra cosa) Parámetro Símbolo Rango Unidad Temperatura de operación T OPR -40 a +100 C Temperatura de almacenamiento T STG -40 a +100 C Temperatura de soldadura (Hierro) (2,3,4) T SOL-I 240 por 5 seg. C Temperatura de soldadura (Flujo) (2,3) T SOL-F 260 por 10 seg. C Corriente directa continua I F 100 ma Voltaje inverso V R 5 V Disipación de potencia (1) P D 200 mw Corriente directa pico I FP 1.5 A Tabla 3.1 Rangos máximos del dispositivo QED233, QED234 Notas: 1. Reduce la capacidad normal de disipación de potencia linealmente 2.67 mw/ C sobre los 25 C. 2. El flujo RMA es recomendado. 3. Los alcoholes metanol o isopropilos se recomiendan como agentes de limpieza. 4. Cautín 1/16 (1.6 mm) mínimo de la cubierta. 5. Condiciones del pulso; tp= 100 μs, T= 10 ms.

64 En la tabla 3.2 se presentan las características eléctricas / ópticas del diodo. Características eléctricas / ópticas (T A = 25 C) Parámetro Condiciones de prueba Dispositivo Símbolo Mín Típ Máx Unidad Longitud de onda pico de emisión I F = 20 ma Todos λ PE nm Ancho de banda espectral I F = 20 ma Todos nm Coeficiente de temp. λ PE I F = 100 ma Todos TC λ nm/k Ángulo de emisión I F = 100 ma Todos 2θ1/ Gra. Voltaje directo I F = 100 ma, tp = 20 ms Todos V F V Coeficiente de temp. de V F I F = 100 ma Todos TC V mv/k Corriente inversa V R = 5 V Todos I R μa I Intensidad de radiación F = 100 ma, tp = 20 ms QED233 I E QED mw/sr Características eléctricas / ópticas (T A = 25 C).continuación Parámetro Coeficiente de temp. Condiciones de Dispositivo Símbolo Mín Típ Máx Unidad prueba I F = 20 ma Todos TC I %/K de I E Tiempo de subida I F = 100 ma Todos t r ns Tiempo de caída Todos t f Tabla 3.2 Características Eléctricas/Ópticas del dispositivo QED233, QED QED221, QED222, QED223

65 El QED221/222/223, fabricado por la empresa Fairchild; elabora el chip de AlGaAs; dentro de un paquete del tipo: T-1 ¾. Se relaciona con los fotosensores: QSD122/123/124; tiene alta energía de salida. En la figura 3.2 se muestra la apariencia del diodo emisor de IR y el patrón de radiación. a) b) Figura 3.2 Diodo emisor de IR; (a) apariencia, (b) patrón de radiación. Características Tipo de paquete: T-1 ¾ (diámetro de la lente de 5 mm) Ángulo de emisión medio amplio, 40 Material y color del paquete: plástico, teñido púrpura claro En la tabla 3.3 se presentan los Rangos máximos absolutos del diodo emisor de IR en cuestión. Rangos máximos absolutos (T A = 25 C a menos que se especifique de otro modo) Parámetro Símbolo Rango Unidad Temperatura de operación T OPR -40 a +100 C Temperatura de almacenamiento T STG -40 a +100 C

66 Temperatura de soldadura (Hierro) (2,3,4) T SOL-I 240 por 5 seg C Temperatura de soldadura (Flujo) (2,3) T SOL-F 260 por 10 seg C Corriente directa continua I F 100 ma Voltaje inverso V R 5 V Disipación de potencia (1) P D 200 mw Corriente directa pico (5) I F(Pico) 1.5 A Tabla 3.3 Rangos máximos del dispositivo QED221, QED222, QED223 Notas: 1. Reduce la capacidad normal de disipación de potencia linealmente 2.67 mw/ C sobre los 25 C. 2. El flujo RMA es recomendado. 3. Los alcoholes metanol o isopropilos se recomiendan como agentes de limpieza. 4. Cautín 1/16 (1.6 mm) mínimo de la cubierta. 5. Condiciones del pulso; tp= 100 μs, T= 10 ms. En la tabla 3.4 se presentan las características eléctricas / ópticas del diodo. Características eléctricas / ópticas (T A = 25 C) Parámetro Condiciones de prueba Símbolo Mín Típ Máx Unidad Longitud de onda pico de emisión I F = 100 ma λ PE nm Ángulo de emisión I F = 100 ma θ - ±20 - Gra. Voltaje directo I F = 100 ma, tp = 20 ms V F V Corriente inversa V R = 5 V I R μa Intensidad de radiación QED221 I F = 100 ma, tp = 20 mw/sr I E ms Intensidad de radiación QED222 I F = 100 ma, tp = 20 mw/sr I E ms Intensidad de radiación QED223 I F = 100 ma, tp = 20 ms I E mw/sr Características eléctricas / ópticas (T A = 25 C).continuación

67 Parámetro Condiciones de prueba Símbolo Mín Típ Máx Unidad Tiempo de subida I F = 100 ma t r ns Tiempo de caída t f ns Tabla 3.4 Características eléctricas/ópticas del dispositivo QED221, QED222, QED QEE113 El QEE113 es fabricado por la empresa Fairchild; el chip de este diodo es de GaAs y el material del paquete es epoxico claro. Se relaciona con el fotosensor QSE113. En la figura 3.3 se muestra la apariencia del diodo emisor de IR y el diagrama de radiación. a) b) Figura 3.3 Diodo emisor de IR; (a) apariencia, (b) Diagrama de radiación. Características: Tipo de paquete= vista de un lado

68 Material del paquete: Epoxico claro Alta energía de salida Raya gris característica de este diodo En la tabla 3.5 se presentan los Rangos máximos absolutos del diodo emisor de IR en cuestión. Rangos máximos absolutos (T A = 25 C a menos que se especifique otra cosa) Parámetro Símbolo Rango Unidad Temperatura de operación T OPR -40 a +100 C Temperatura de almacenamiento T STG -40 a +100 C Temperatura de soldadura (Hierro) (2,3,4) T SOL-I 240 por 5 seg. C Temperatura de soldadura (Flujo) (2,3) T SOL-F 260 por 10 seg. C Corriente directa continua I F 50 ma Voltaje inverso V R 5 V Disipación de potencia (1) P D 100 mw Tabla 3.5 Rangos máximos para dispositivo QEE113 Notas: 1. Reduce la capacidad normal de disipación de potencia linealmente 1.33 mw / C sobre los 25 C. 2. El flujo RMA se recomienda. 3. Los alcoholes metanol o isopropilos se recomiendan como agentes de limpieza. 4. Cautín 1/16 (1.6 mm) mínimo de la cubierta. En la tabla 3.6 se muestran las características eléctricas / ópticas del diodo. Características eléctricas / ópticas (T A = 25 C) Parámetro Condiciones de prueba Símbolo Mín Típ Máx Unidad Longitud de onda pico de I F = 100 ma λ PE nm emisión

69 Ángulo de emisión I F = 100 ma 2Θ1/ Gra. Voltaje directo I F = 100 ma, tp = 20 V F V ms Corriente inversa V R = 5 V I R μa Intensidad de radiación I F = 100 ma, tp = 20 I E 3-12 mw/sr ms Tiempo de subida I F = 100 ma t r ns Tiempo de caída t f ns Tabla 3.6 Características Eléctricas/Ópticas del dispositivo QEE Fototransistor Infrarrojo de Silicio (receptor) QSD122, QSD123, QSD124 El QSD122/123/124, fabricado por la empresa Fairchild, es un fototransistor NPN de silicio; que viene en un empaque del tipo: T-1 ¾. No se relaciona con los emisores: QED12X/QED22X/QED23X. En la figura 3.4 se muestra la apariencia del fototransistor IR y la curva de respuesta angular. a) b) Figura 3.4 Fototransistor IR; (a) apariencia, (b) curva de respuesta angular.

70 Características: Filtro de luz de día Material y color del paquete: Negro epoxico Alta sensibilidad En la siguiente tabla 3.7 se presentan los rangos máximos absolutos del fototransistor IR en cuestión. Rangos máximos absolutos (T A = 25 C a menos que se especifique otra cosa) Parámetro Símbolo Rango Unidad Temperatura de operación T OPR -40 a +100 C Temperatura de almacenamiento T STG -40 a +100 C Rangos máximos absolutos (T A = 25 C a menos que se especifique otra cosa) Parámetro Símbolo Rango Unidad Temperatura de soldadura (Hierro) (2,3,4) T SOL-I 240 por 5 seg. C Temperatura de soldadura (Flujo) (2,3) T SOL-F 260 por 10 seg. C Voltaje colector-emisor V CE 30 V Voltaje emisor-colector V EC 5 V Disipación de potencia (1) P D 100 mw Tabla 3.7 Rangos máximos del dispositivo QSD122, QSD123, QSD124 NOTA: 1. Reducir el flujo RMA es recomendado. 2. Los alcoholes metanol o isopropilos se recomiendan como agentes de limpieza. 3. Cautín 1/16 (1.6 mm) mínimo de la cubierta. 4. λ= 880 nm, AlGaAs. En la tabla 3.8 que se muestra las características eléctricas / ópticas de este fototransistor.

71 Características eléctricas / ópticas (T A = 25 C) Parámetro Condiciones de prueba Símbol Mín Típ Máx. Unida o.. d Longitud de onda pico de sensibilidad λ PS nm Ángulo de recepción θ - ±1 2 - Gra. Corriente de oscuridad colector-emisor Voltaje de ruptura colectoremisor Voltaje de ruptura emisor- V CE = 10 V, E e = 0 I CEO na I C = 1 ma BV CEO V I E = 100 μa BV ECO V colector Corriente (5) de colector en estado-encendido QSD122 E e = 0.5 mw/cm 2, V CE = I C (ON) QSD123 5 V QSD ma Voltaje de saturación (5) E e = 0.5 mw/cm 2, I C = 0.5 ma V CE (SAT) V Tiempo de subida V CC = 5 V, R L = 100 V I C t r μs Tiempo de caída = 0.2 ma t f Tabla 3.8 Características Electro/Ópticas del dispositivo QSD122, QSD123, QSD QSE113, QSE114 El QSE113/114, fabricado por la empresa Fairchild; es un fototransistor NPN de silicio de alta sensibilidad. Se relaciona con el emisor QEE113, cuenta con un filtro de luz del día. En la figura 3.5 se muestra la apariencia del fototransistor IR y la curva de respuesta angular. a) b)

72 Figura 3.5 Fototransistor IR; (a) apariencia, (b) curva de respuesta angular. Características Tipo de paquete: Vista de un lado Material y color del paquete: Negro epoxico Filtro de luz del día En la tabla 3.9 se presentan los Rangos máximos absolutos del fototransistor IR en cuestión. Rangos máximos absolutos (T A = 25 C a menos que se especifique otra cosa) Parámetro Símbolo Rango Unidad Temperatura de operación T OPR -40 a +100 C Temperatura de almacenamiento T STG -40 a +100 C Rangos máximos absolutos (T A = 25 C a menos que se especifique otra cosa)...continuación Parámetro Símbolo Rango Unidad Temperatura de soldadura (Hierro) (2,3,4) T SOL-I 240 por 5 seg. C Temperatura de soldadura (Flujo) (2,3) T SOL-F 260 por 10 seg. C Voltaje colector-emisor V CE 30 V Voltaje emisor-colector V EC 5 V Disipación de potencia (1) P D 100 mw

73 Tabla 3.9 Rangos máximos absolutos de dispositivo QSE113, QSE114 Notas: 1. Reduce la capacidad normal de disipación de potencia linealmente 1.33 mw/ C sobre los 25 C. 2. El flujo RMA se recomienda. 3. Los alcoholes metanol o isopropilos se recomiendan como agentes de limpieza. 4. Cautín 1/16 (1.6 mm) mínimo de la cubierta. 5. λ= 880 nm, AlGaAs. En la tabla 3.10 se presentan las Características eléctricas / ópticas del presente fototransistor. Características eléctricas / ópticas (T A = 25 C) Parámetro Condiciones de prueba Símbolo Mín Típ Máx Unidad Sensibilidad pico λ PS nm Ángulo de recepción Θ - ±25 - Gra. Corriente de oscuridad colectoremisor V CE = 10 V, E e = 0 I CEO na Voltaje de ruptura colector-emisor I C = 1 ma BV CEO V Voltaje de ruptura emisor-colector I E = 100 μa BV ECO V Corriente de colector en estadoencendido QSE113 V CE E e = 0.5 mw/cm 2, = 5 V I C(ON) ma Corriente de colector en estadoencendido QSE114 V CE E e = 0.5 mw/cm 2, = 5 V I C(ON) ma E Voltaje de saturación (5) e = 0.5 mw/cm 2, I C = 0.1 ma V CE(SAT) V Tiempo de subida I C = 1mA, V CC = 5V, t r μs Tiempo de caída R L = 100 Ω t f μs Tabla 3.10 Características Eléctricas/ópticas del dispositivo QSE113, QSE114

74 3.4 Optoacopladores Optoacopladores con salida a Fototransistor Básicamente este tipo de optoacoplador consiste en un diodo infrarrojo de Arseniuro de Galio (GaAS), como la etapa de entrada y un fototransistor npn de silicio como etapa de salida. El medio de acople entre el diodo y el sensor es un transmisor infrarrojo (IR) de cristal. Los fotones emitidos desde el diodo (emisor) tienen ciertas longitudes de onda establecidas. El transistor sensor responde más eficientemente a fotones cuando estos tienen la misma longitud de onda establecida, es decir el diodo emisor y el fototransistor están acoplados en el espectro para lograr un funcionamiento óptimo de optoacoplador. Básicamente los dispositivos de esta sección cumplen con características comunes. En cada una de las secciones se mencionaran parámetros que serán iguales para un cierto número de dispositivos y sus características específicas se aclararan en cada uno de los apartados. Se mencionan parámetros en la tabla 3.11, que son valores comunes entre la mayoría de los dispositivos que se mencionan así como la configuración interna de cada uno será la configuración básica para cada sección según sea el caso. Parámetros Símbolo Valor Unidades Almacenamiento de temperatura T STG -55 a +150 ºC Temperatura en Operación T OPR -55 a +100 ºC Temperatura de plomo en soldadura T SOL 250 por 10 seg. ºC Tabla 3.11 Parámetros comunes.

75 Excepciones: -Para Serie: 4N25/ 4N26/ 4N27/ 4N28 de VISHAY TELEFUNKEN: T STG = -55 a +100, T SOL = 260 ºC por 10 segundos -Para Serie: H11D1, H11D2, H11D3, H11D4, 4N38 de Fairchild Semiconductores: T STG = -55 a +100, T SOL = 260 ºC por 10 segundos PIN 1. Ánodo 2. Cátodo 3. NC 4. Emisor 5. Colector 6. Base Figura 3.6 Configuración Interna Básica Esta tabla se aplica para esta sección de Optoacoplador así como el diagrama de configuración interna, figura 3.6. No obstante las coincidencias, aun hay características de importancia que los hace diferentes y que se presentan en secciones subsecuentes, estas diferencias serán aclaradas con notas en cada sección. a). 4N25, 4N26, 4N27, 4N28, 4N35, 4N36, 4N37 H11A1, H11A2, H11A3, H11A4, H11A5 Los Optoacopladores de propósito general de la empresa Fairchild consisten en un diodo emisor infrarrojo de Arseniuro de Galio conduciendo a un fototransistor de silicio en un paquete de 6 pines con un doble alineado.

76 Características: -También disponibles en empaque blanco siendo especificado por sufijo -M ejemplo:.4n25-m -Reconocido por UL (File # E90700) -Reconocido por VDE (File # 94766) -Incluye la opción V para empaque blanco (ejemplo: 4N25V-M) -Incluye la opción 300 para empaque negro (ejemplo: 4N25.300) Aplicaciones: - Regulador de Suministro de Energía -.Entradas lógico-digital -.Entradas a microprocesador Nota: Para este caso la casa fabricante maneja dos tipos de diseños para cada uno de sus dispositivos los cuales tienen diferencias entre si, estas diferencias son mencionadas en la tabla 3.12 inferior, las figuras de cada respectivo dispositivo son mostradas en la figura 3.7. Figura 3.7 Diseños disponibles con sufijo M (blanco), Sin sufijo M (negro) Grados Máximos Absolutos (T A = 25ºC A menos que se especifique de otra manera) Parámetros Símbolo Valor Unidades Totales en dispositivo P D 250 mw Disipación total de poder en T A = 3.3 (sin M), 2.94 (-M) 25ºC Reduzca la capacidad normal arriba de 25ºC

77 Emisor I F 100 (sin M), 80 (-M) ma DC/ Promedio Corriente de entrada continua Entrada Voltaje Inverso V R 6 V Corriente directa-pico (300µs, 2% Ciclo I F (PK) 3.0 A Completo) LED disipación de T A = 25ºC 150 (sin M), 120 (-M) mw Reduzca la capacidad normal arriba de 25ºC 2.0 (sin M), 1.41 (-M) mw/ºc Detector Voltaje Colector-Emisor Voltaje Colector-Base V CBO 70 V Interrupción de voltaje Colector-Emisor- V ECO 7 V Disipación de energía en T A = 25ºC Reduzca la capacidad normal arriba de 25ºC P D V CEO 30 V P D 150 mw 2.0 (sin M), 1.76 (-M) mw/ºc Tabla 3.12 Grados máximos y diferencias de los dos tipos de diseños b). H11D1, H11D2, H11D3, H11D4, 4N38 Los H11DX y 4N38 de la empresa Fairchild son tipofototransistores Optoaisladores ópticamente acoplados. Un diodo emisor infrarrojo de manufactura de arseniuro de galio oscuro esta selectivamente acoplado con un fototransistor NPN de silicio de alto voltaje. El dispositivo es suministrado en un plástico estándar de 6 pines en un paquete de doble alineado. Características -Alto Voltaje -H11D1, H11D2, BVCER = 300 V -H11D3, H11D4, BVCER = 200 V -Alto aislamiento de voltaje V AC RMS - 1 minuto V AC pico - 1 minuto

78 Aplicaciones -Reguladores de Suministro de voltaje -Entradas Lógicas Digitales -Entradas a Microprocesador -Aparatos de Sensor en sistemas -Controles industriales -Registrado por laboratorios (UL) reconocido archivo E90700 En la tabla 3.13 se muestran los Grados máximos absolutos del dispositivo H11D1, H11D2, H11D3, H11D4, 4N38 manera) Grados Máximos Absolutos (T A = 25ºC A menos que se especifique de otra Parámetros Símbolo Valor Unidades Totales en dispositivo Disipación total de poder en P D 260 mw T A = 25ºC Reduzca la capacidad normal arriba de 25ºC 3.5 mw/ºc Grados Máximos Absolutos (T A = 25ºC A menos que se especifique de otra manera) Continuación Parámetros Símbolo Valor Unidades Emisor DC Corriente de entrada continua I F 80 ma Voltaje Inverso de Entrada V R 6 V Corriente directa-pico (300µs, 2% Ciclo Completo) I F (PK) 3.0 A LED disipación de T A = 25ºC 150 mw Reduzca la capacidad normal arriba de 25ºC 1.41 mw/ºc Detector Disipación de T A = 25ºC Reduzca la capacidad normal linealmente arriba de 25ºC *Voltaje Colector- Emisor H11D1, H11D2 300 H11D3, H11D4 200 P D P D V CER 4N mw 4.0 mw/ºc V

79 * Voltaje Colector- Base H11D1, H11D2 300 V CBO H11D3, H11D N38 80 *Voltaje Colector-Emisor H11D1, H11D2 V ECO 7 H11D3, H11D4 Corriente continua en Colector 100 ma Tabla 3.13 Grados máximos absolutos de la serie H11D1, H11D2, H11D3, H11D4, 4N38 c) Canal Sencillo: 6N135, 6N136, HCPL-2503, HCPL-4502 Doble Canal: HCPL-2530, HCPL-2531 Los Optoacopladores HCPL-4502/HCPL-2503, 6N135. 6N1356 y HCPL-2530/HCPL-2531 de la empresa Fairchild, consisten de un LED de AlGaAs (Arseniuro de galio Aluminio) ópticamente acoplado a un transistor foto-detector de alta velocidad. Una conexión separada para la inclinación del fotodiodo aumenta la velocidad por varios grados de magnitud por encima de optoacopladores con fototransistores convencionales por la reducción de la capacitancia de base-colector de entrada del transistor. Un escudo interno de ruido proporciona superior rechazo modo común de 10kV/μs. Un paquete que permite mejorar el superior aislamiento permitiendo un 480 V de voltaje de trabajo comparado al estándar industrial de 220 V. Características:

80 -Alta velocidad: 1Mbit/s -CMR superior: 10 kv/μs --Doble Canal HCPL-2530/HCPL Doble voltaje de trabajo -480V RMS -CTR Garantizado 0-70 C -Reconocido por U.L. (archivo # E90700) Aplicaciones: -Líneas receptoras de Sistemas de Comunicación -Transformación de pulso y reemplazo -Interfaces de salida para CMOS-LSTTL-TTL -Acoplamientos con ancho de banda análoga En la figura 3.8 a) y b) se muestra la vista del dispositivo y la configuración interna respectivamente a) (b) Figura 3.8 a) vista del dispositivo, b) configuración interna según numero de serie 6N135, 6N136, HCPL-2503, HCPL-4502 y HCPL-2530/HCPL-2531 En la tabla 3.14 se observa los Rangos máximos absolutos para este dispositivo. Grados Máximos Absolutos (T A = 25ºC A menos que se especifique de otra

81 manera) Parámetros Símbolo Valor Unidades Emisor DC Corriente de entrada continua I F (avg) 25 ma Cada Canal (Nota 1) Corriente directa de entrada -Pico (50% Ciclo Completo 1 ms I F (PK) 50 ma P.W) Cada canal (Nota 2) Corriente transitoria de entrada-pico I F (trans) 1 A ( 1µs P.W 300 PPS) Cada canal Voltaje Inverso de Entrada V R 5 V Cada canal Disipación de Energía de entrada (6N135/6N136 Y HCPL-2503/4502) P D 100 mw (HCPL-2530/2531) Cada canal (Nota 3) 45 Detector I O (avg) 8 ma Corriente continua de salida-cada canal Corriente Pico de salida -Cada canal I O (pk) 16 ma *Voltaje Inverso Base-Emisor (6N135/6N136 Y HCPL 2503 V EB 5 V únicamente) Suministro de Voltaje V CC -0.5 a V 30 Salida de Voltaje V O -0.5 a V 30 Corriente en Base (6N135/6N136 Y HCPL 2503 únicamente I B 5 ma Disipación de energía en salida (6N135/6N136 HCPL-2503/4502) 100 HCPL-2530/2531) Cada canal (Nota 4) 35 P D mw Tabla 3.14 Rangos máximos absolutos para esta serie de dispositivos Para este dispositivo se menciona un tipo de configuración similar a la básica solo que con diferente distribución dentro del paquete se aprecia en la figura 3.12 (a) paquete y (b) configuración interna) respectivamente. El Pin 7 no esta conectado en la parte número HCPL

82 3.4.2 Optoacopladores de Doble Fototransistor Este tipo de optoacoplador tiene las mismas características de funcionamiento que el de un solo fototransistor excepto que este consta de dos fototransistores que funcionan de manera independiente es decir, están diseñados para funcionar con dos canales, el uso de este dispositivo queda a criterio del usuario y de sus necesidades. En la tabla inferior se muestran parámetros comunes entre varios de los dispositivos que manejaremos para esta sección. Partiendo de esto mencionaremos las gráficas de configuración interna básica mostrada en la figura. 3.9 y con datos de aplicación general para los dispositivos mostrados en la tabla Parámetros Símbolo Valor Unidad Totales en dispositivo T STG -55 a +150 ºC Almacenamiento de temperatura Temperatura en Operación T OPR -55 a +100 ºC Temperatura de plomo en T SOL 260 por 10 seg. ºC soldadura Tabla 3.15 Parámetros de aplicación general Variantes: Para Serie: MCT6, MCT61, MCT62, de Fairchild Semiconductores: Para Serie: MCT9001 de Fairchild Semiconductores T SOL = 250 ºC por 10 seg. a) b)

83 Figura 3.9 a) Figura de paquete y b) configuración interna básica. a).ilct6/mct6 El ILCT6 de la empresa Infineon Technologies, es un Optoacoplador de 8 pines, con dos canales para aplicaciones de altas densidades. Cada canal consiste en un par ópticamente acoplado con un LED infrarrojo de Arseniuro de Galio y un fototransistor de silicio NPN. Una señal de información, incluyendo un nivel de DC, pueden ser transmitidos por el dispositivo mientras mantiene un alto grado de aislamiento eléctrico entre la entrada y salida. El ILCT6 esta especialmente diseñado para manejo de media velocidad lógica, donde es posiblemente usado es en eliminar dificultades de tierra, rizo y problemas de ruido. También puede ser usado para reemplazar relevadores y transformadores en muchas aplicaciones de interfaces digitales, es además una aplicación análoga semejante a un modulador CRT. Características: -Proporción de Corriente de Transferencia, 50% Típica -Perdida de Corriente, 1.0 na Típica -Dos canales de aislamiento por paquete -Reemplazo directo por: MCT6 -Bajo prescripción de Laboratorio archivo #E52744 En la tabla 3.16 se muestran los Rangos máximos de este dispositivo y Grados Máximos Absolutos cada uno de sus componentes

84 Emisor (Cada Canal) Valor Unidad Razón de Corriente continúa DC ma Corriente continua Pico, DC (1.0µs pulso, A pps). Disipación de energía a 25 C Ambiente. 100 mw Reduzca la capacidad normal linealmente de 25 C. 1.3 mw/ C Grados Máximos Absolutos Continuación Emisor (Cada Canal) Valor Unidad Detector (Cada Canal) Corriente Colector ma Interrupción de Voltaje Colector-Emisor. 30 V Disipación de Energía a 25 C Ambiente. 150 mw Reduzca la capacidad normal linealmente de 25 C 2 mw/ C Paquete Aislamiento Voltaje de Prueba V RMS Resistencia de Aislamiento Ω V IO = 500 V, T A = 25 C V IO = 500 V, T A = 100 C Área de deslizamiento 7.0 mm Min. Espacio. 7.0 mm Almacenaje Total de Disipación a 25 C Ambiente. 400 mw Reduzca la capacidad linealmente de 25 C 5.33 mw/ C Tabla 3.16 Rangos máximos para este dispositivo y sus componentes b). MCT6, MCT61, MCT62, El MCT6X es un Optoacoplador de 8 pines fabricado por la empresa Fairchild, tiene dos canales para aplicaciones de densidad. Para aplicaciones de cuatro canales, dos paquetes encajan dentro un socket estándar de 16 Pines. Cada canal es fototransistor de silicio NPN plano

85 opticamente acoplado a un diodo emisor infrarrojo de Arseniuro de Galio. Características: -Dos canales aislados por paquete -Dos paquetes encajan en un socket platilla de 16 patillas. -Elija entre tres Proporciones de corriente de Transferencia -Preescrito por laboratorios (U.L.) Reconocido en Archivo E90700 Aplicaciones: -AC Línea /Lógico Digital: Aislamiento de Alto Voltaje transitorio -Lógico Digital/ Lógico Digital: Elimina espurios de tierra -Par trenzado/línea Receptora: Elimina rizo de aterrizaje a través de la alimentación -Teléfono/Telégrafo Línea de Recepción: Aislamiento en altos voltajes transitorios -Alta Frecuencia en suministro de energía en controles de retroalimentación: Mantiene tierras flotantes y transitorias. -Relevador monitor de contacto: Aislamiento de tierras flotantes y transitorias -Monitor en Suministro de Energía: Aislamiento de transitorios En la tabla 3.17 se muestran los máximos rangos absolutos de este dispositivo en cuestión Grados Máximos Absolutos Niveles Símbolo Valor Unidades Totales en dispositivo Disipación total de poder en T A = 25ºC P D 400 mw 5.33 mw/ºc

86 Reduzca la capacidad normal arriba de 25ºC Emisor (Cada Canal) I C 30 ma Corriente continua Voltaje Inverso V R 3.0 V Corriente directa-pico I F (PK) 3.0 A (PW:= 1 µs, 300 PPS) LED disipación de T A = 25ºC 100 mw Reduzca la capacidad normal arriba de P D 1.3 mw/ºc 25ºC (Entrada Total) Detector (Cada Canal) I C 30 ma Colector Corriente continua Disipación de energía en T A 150 mw Grados = 25ºC Máximos Absolutos Niveles Símbolo P D Valor 2.0 Unidades Disipación Reduzca la total capacidad de poder normal en dispositivo arriba 400 mw/ºc mw T 25ºC P D A = 25ºC Tabla 3.17 Rangos máximos absolutos para este dispositivo en cuestión. c) MCT9001 De igual Descripción que los Optoacopladores de 8 Pines Serie: MCT6 MCT61 MCT62 de Fairchild Semiconductores, así como también características de dispositivo y aplicaciones semejantes, excepto por algunas características eléctricas que se presentan a continuación. En la tabla 3.18 se muestran los Grados máximos para este dispositivo.

87 Reduzca la capacidad normal arriba de mw/ºc ºC Emisor (Cada Canal) I F 60 ma Corriente continua Voltaje Inverso V R 5.0 V Corriente directa-pico (PW:= 1 µs, 300 PPS) I F (PK) 3.0 A LED disipación de T A = 25ºC Reduzca la capacidad normal arriba de 25ºC (Entrada Total) Detector (Cada Canal) Corriente continua en Colector Disipación de energía en T A = 25ºC Reduzca la capacidad normal arriba de 25ºC P D 100 mw 1.1 mw/ºc I C 30 ma 150 P D mw 1.67 mw/ºc Tabla 3.18 Rangos máximos absolutos del dispositivo Optoacopladores salida Darlington Básicamente, este dispositivo es el mismo que el transistor sensible a la luz, excepto que tiene una ganancia mucho mayor debido a las dos etapas de amplificación, conectadas en cascada, incorporadas en una sola patilla. En esta sección se mostraran dispositivos que tiene características similares, por así decirlo son parámetros aplicables a la mayoría de los dispositivos sin importar la casa fabricante ni numero de serie, es decir datos técnicos que son comunes y aplicables para cada uno de

88 ellos. Datos como los que se mencionan en la tabla 3.19, que vienen siendo denominadores comunes entre una gran mayoría de los dispositivos que se mencionan aunque existen algunas excepciones con algunos parámetros que aquí se mencionan, así como la configuración interna de cada uno que si bien será la configuración básica para cada sección según sea el caso Parámetro Símbolo Dispositivo Valor Unidades Almacenamiento de temperatura T STG -55 a +150 ºC Temperatura en Operación T OPR -55 a +100 ºC Todos Temperatura de plomo en T SOL 250 por 10 seg. ºC soldadura Tabla 3.19 Parámetros de aplicación general. Excepciones: Para Serie: 4N29, 4N29A, 4N30, 4N231, 4N32, 4N32A, 4N33 de Toshiba: T SOL = 260 ºC por 10 seg. 1: Ánodo 2: Cátodo 3: NC 4: Emisor 5: Colector 6: Base Figura 3.10 Configuración Interna del dispositivo Esta tabla se aplica para esta sección de Optoacoplador así como el diagrama de configuración interna figura No obstante las coincidencias, aún hay características de importancia que los hace diferentes y que se presentan en secciones subsecuentes, estas

89 diferencias por decirlo así serán mencionadas en notas y aclaradas para cada sección según sea el caso. a) 4N29, 4N30, 4N31, 4N32, 4N33 Los 4N29, 4N30, 4N31, 4N32, 4N33 de la empresa Fairchild de 6 pines, tienen un emisor infrarrojo de Arseniuro de Galio ópticamente acoplado a un fotodarlington plano de silicio. Aplicaciones: Circuitos lógicos de baja energía Equipos de Telecomunicaciones Electrónicos portátiles Relevadores en estado sólido acoplamiento de interfaces en sistemas de diferentes potenciales e impedancias En la tabla 3.20 se muestran los Rangos máximos absolutos para este dispositivo. Grados Máximos Absolutos (T A = 25ºC A menos que se especifique de otra manera) Parámetros Símbolo Valor Unidades Totales en dispositivo 250 mw P D Disipación total de poder en T A = 25ºC 33 mw/ºc Reduzca la capacidad normal arriba de 25ºC Emisor I F 80 ma Corriente directa continua Voltaje Inverso V R 3 V Corriente directa-pico (300µs, 2% Ciclo I F (PK) 3.0 A Completo) LED disipación de T A = 25ºC 150 mw

90 Reduzca la capacidad normal arriba de 25ºC P D 2.0 mw/ºc Continuación: Grados Máximos Absolutos (T A = 25ºC A menos que se especifique de otra manera) Parámetros Símbolo Valor Unidades Detector BV CEO 30 V Interrupción de voltaje Colector-Emisor Interrupción de voltaje Colector-Base BV CBO 30 V Interrupción de voltaje Colector-Emisor- BV ECO 5 V Disipación de energía en T A = P D 150 mw 25ºC 2.0 mw/ºc Reduzca la capacidad normal arriba de 25ºC Corriente continua en Colector I C 150 ma Tabla 3.20 Rangos máximos absolutos para este dispositivo b). 4N29, 4N29A, 4N30, 4N231, 4N32, 4N32A, 4N33 Los 4N29 (corto) hasta el 4N33 (corto) de TOSHIBA, con 6 pines; consisten en un diodo emisor infrarrojo de Arseniuro acoplado con un Fotodarlington de silicio en un paquete doble alineado. Aplicaciones: -Línea de AC/ Aislador Lógico Digital. -Lógico Digital/Lógico Digital aislador. -Recepción de Línea de Teléfono -Monitor de Contacto de Relevador Características:

91 -Tiempo de Conmutación: 100µs (Max.) -Radio de Corriente de Transferencia: 500% -Resistencia de Aislamiento: Ω (Typ.) -Voltaje de Aislamiento: 2500Vrms (Min.) -UL Reconocido: UL1577, Archivo Nº. E67249 En la tabla 3.21 se muestran los máximos rangos absolutos de este dispositivo y sus componentes. Grados Máximos Absolutos (T A = 25ºC) Características Símbolo Valor Unidades Acoplador Disipación total de energía en dispositivo Disipación total de energía en T A = 25ºC Reduzca la capacidad normal arriba de 25ºC LED Corriente directa continua P T 250 mw ΔP T /ºC 3.3 mw/ºc I F 80 ma Reduzca la capacidad normal Corriente hacia delante ΔI F /ºC 1.07* ma/ºc Corriente directa-pico I PF 3.0 A LED disipación de energía P D 150 mw Reduzca la capacidad normal de disipación de energía Δ P D /ºC 2.0* mw/ºc Voltaje Inverso V R 3 V Características Símbolo Valor Unidades Detector Voltaje Colector-Emisor BV CEO 30 V Voltaje Colector-Base BV CBO 30 V Voltaje Colector-Emisor- BV ECO 5 V Corriente continua Colector I C 100 ma Disipación de Energía P C 150 mv Reduzca la capacidad normal de disipación de energía Δ P C /ºC 2.0* mw/ºc Voltaje Colector-Emisor- BV ECO 5 V

92 Tabla 3.21 Rangos máximos absolutos de este dispositivo Nota: Ancho de Pulso 300µs, 2% de Ciclo Obligatorio * Arriba de 25ºC ambiente *JEDEC mínimos registrados BV S, de cualquier forma, Toshiba especifica un mínimo BV S de 2500 Vrms Optoacopladores de compuerta Lógica Como se ha mencionado en varias ocasiones el optoacoplador se encarga de la transmisión de información por vía de luz que emite de un Fotodiodo y recibida por un fototransistor que la convierte en energía eléctrica de nueva vez así pues este tipo de dispositivo hace exactamente lo mismo excepto que antes de su salida es proporcionada a una compuerta lógica que dependerá del tipo de optoacoplador que se necesite puede ser inversora, nand, buffer entre otras. Datos como los que se mencionan en la tabla 3.22, que vienen siendo aplicables entre la mayoría de los dispositivos que se mencionan. No obstante las coincidencias, aun hay variantes en cada uno de los dispositivos, estas diferencias por decirlo así serán mencionadas en notas y aclaradas para cada sección según sea el caso, como lo veremos en especial en esta sección donde los diagramas internos de cada uno con algunas variantes serán proporcionados para cada uno de ellos.

93 Parámetros Símbolo Valor Unidades Almacenamiento de temperatura T STG -55 a +125 ºC Temperatura en Operación T OPR -40 a +85 ºC Temperatura de plomo en soldadura T SOL 260 por 10 sec. Tabla 3.22 Parámetros de aplicación General. ºC Excepciones: Para H11L1, H11L2, MOC5007, MOC5008, MOC5009 de MOTOROLA: T STG = -55 a +150 T OPR = -48 a +85 a). Canal Sencillo: 6N137 HCPL-2601, HCPL-2611 Doble Canal: HCPL-2630, HCPL-2631 Los Optoacopladores 6N137, HCPL-2601/2611 de canal sencillo y HCPL-2630/2631 de doble canal de la empresa Fairchild, de 8 pines y alta velocidad de 10 MBits/s. Consisten de un LED de Arseniuro de Galio aluminio (AlGaAs) 850 nm opticamente acoplado a una muy alta velocidad integrado a un fotodetector de compuerta lógica con una salida estroboscopia. Esta salida caracteriza a un colector abierto, que por medio de este permite instalar alambre a las salidas OR. Los parámetros de acoplamiento son garantía sobre el grado de temperatura de -40ºC a +85ºC. Una máxima entrada de señal de 5 ma proveerá de una máxima salida de corriente descendente de 13 ma (de salidas de 8). Un escudo interno de ruido provee superior rechazo modo común de típicamente 10 kv/μs. Los HCPL y HCPL tienen un

94 mínimo CMR de 5 kv/μs. Los HCPL-2611 tienen un mínimo CMR de 10 kv/μs. Características: Muy alta velocidad-10 MBit/s Superior CMR-10 kv/μs Doble voltaje de trabajo -480V Fan-out de 8 arriba de -40 C to +85 C Salida de compuerta lógica Salida estroboscopica Colector abierto-cableado OR U.L. reconocida Aplicaciones: Eliminacion de rizo de tierra LSTTL a TTL, LSTTL o 5-volt CMOS Línea de recepción, transmisión de datos Multiplexacion de datos Conmutación de suministros de energía Transformador de pulso de reposición Interfase computadora-periférico En la figura 3.11 a) y b) se muestran la configuración interna y la figura del paquete para este dispositivo respectivamente. a) b)

95 Figura 3.11 a) Sellado del paquete a) y b) diagrama de configuración interna para este dispositivo. En la tabla 3.23, se muestran los valores de verdad para las compuertas del dispositivo, siendo H (Alto ó 1 lógico) y L (Bajo ó 0). ENTRADA POSIBLE SALIDA H H L L H H H L H L L H H NC L L NC L Tabla 3.23 Tabla de verdad para compuertas del dispositivo. Nota: Un capacitor bypass de 0.1μF debe ser conectado entre los pines 8 y 5 En la tabla 3.24 se muestran los Grados máximos absolutos de este dispositivo, mientras que en la 3.25 se mencionan condiciones de operación recomendada. Grados Máximos Absolutos (No reduzca la capacidad normal arriba de los 80 ºC.) Parámetros Símbolo Valor Unidades Emisor DC/ Promedio hacia delante sencillo Canal I F ma

96 Corriente de entrada canal) Posible entrada de voltaje sencillo Canal Doble (cada Canal V E 5.5 V No debe exceder Vcc por mas de 500 mv Voltaje inverso de entrada V R 5.0 V Disipación de energía Canal 100 mw sencillo Canal doble(cada P I 45 canal) Detector V CC 7.0 V Suministro de voltaje (1 min. Max) Corriente de salida sencillo canal Voltaje de salida canal Canal Canal doble(cada Cada I O 50 ma 50 V O 7.05 V Disipación de energía en T A = 25ºC 85 Salida colector Canal sencillo P 0 mw Disipación de energía Canal doble(cada 60 canal) Tabla 3.24 Grados máximos absolutos de este dispositivo Recomendaciones de condiciones de operación Parámetros Símbolo Mín. Máx. Unidad Corriente de entrada, Bajo nivel I FL µa Corriente de entrada, Alto nivel I FH * ma Suministro de Voltaje, En salida V cc V Voltaje Disponible, Bajo nivel V EL V Voltaje Disponible, Alto nivel V EH 2.0 V cc V Suministros de corriente bajo nivel T A ºC Salida Fan (carga TTL) N 8 Tabla 3.25 Condiciones de operación recomendada

97 Nota: 6.3 ma es un valor de seguridad el cual permite por un pequeño 20% de degradación CRT. La entrada inicial de corriente de umbral es un valor de 5.0 ma o menos. b). H11L1, H11L2 Considérese los Optoacopladores de iguales características: -MOC5007 (IF (on) =1.6 ma Max.) -MOC5008 (IF (on) =4 ma Max.) -MOC5009 (IF (on) =10 ma Max.) 6-Pines DIP de MOTOROLA El H11L1 y H11L2 tienen un IRED de arseniuro de galio opticamente acoplado a un integrado detector de alta velocidad con Schmitt trigger de salida. Diseñado para aplicaciones que requieran aislamiento de voltaje, rápido tiempo de respuesta, inmunidad a ruido y compatibilidad con lógica digital. Características: -Garantizando tiempos de conmutación t on -t off < 4 µs -Construido en On/Off Umbral de Histéresis -Amplio suministro de compatibilidad de Voltaje -Alta velocidad de datos 1 MHz Típica (NRZ) -Microprocesador con drive compatible Aplicaciones: -Interfaz de computadoras, terminal a equipo periférico -Control digital de suministro de energía -Línea receptora-eliminadores de ruido -Control digital de motores y otras aplicaciones en servo-maquinas -Lógico a lógico Aislador -Lógicos pasa Niveles Acoplamiento TTL a CMOS

98 El diagrama de configuración interna para este dispositivo en particular se muestra en la figura Figura 3.12 Configuración interna para este dispositivo En la tabla 3.26 se mencionan los grados máximos absolutos de este dispositivo. Grados Máximos Absolutos (T A = 25 ºC a menos que no se especifique) Grados Símbolo Valor Unidad Entrada a LED Voltaje Inverso V R 6 Volts Corriente hacia delante Continua-Pico Ancho de pulso = 300 µs, 2 % de ciclo completo LED disipación de T A = 25 ºC Reduzca la capacidad normal arriba de 25 ºC Salida Detector I F P D ma A mw mw/ºc Rango de Voltaje de salida V O 0-16 V Rango de Voltaje de suministro V CC 3-16 V Corriente de Salida Io 50 ma Disipación de energía en T A = 25 ºC Reduzca la capacidad normal arriba de P D mw mw/ºc

99 25 ºC Totales de Dispositivo Disipación total en T A = 25 ºC Reduzca la capacidad normal arriba de 25 ºC Aislamiento de sobre-tensión de Voltaje P D 250 mw 2.94 mw/ºc V ISO 7500 Vac(pk) Tabla 3.26 Grados máximos absolutos de este dispositivo 1.- El aislamiento de sobre-tensión de voltaje es un dispositivo interno dieléctrico en caso de falla. Para esta prueba, los pines 1 y 2 son común, y los 4, 5, y 6 so comunes. 2.- Refiérase a Calidad y sección de Fiabilidad en Opto Data Book para información sobre condiciones de prueba. Prefiera dispositivos que son recomendados por Motorola escoja para futuras usos y mejore el rendimiento. 3.- Siempre diseñe a las especificaciones mínimas/máximas de limites eléctrico (donde sean aplicables) 4.- Para esta prueba, IRED los pines 1 y 2 son comunes y la compuerta de salida Pin 4, 5, 6 son comunes 5.- RL valor de efecto sobre tiempos de conmutación es insignificante Optoacopladores salida Foto-SCR Básicamente el circuito equivalente con dos transistores de rectificador controlado de silicio mostrado en la figura 3.13 b), ilustra el mecanismo de conmutación de este dispositivo. La corriente debida a los fotones, generada en la unión pn polarizada en sentido inverso, alcanza la región de puerta y polariza en sentido directo el transistor npn, iniciando la conmutación. En cada sección de Optoacopladores se cumplen con características comunes para ciertos dispositivos los

100 cuales se mencionan en cada unade las secciones, datos como los que se mencionan en la tabla 3.27, que vienen siendo denominadores comunes entre la gran mayoría de los dispositivos que se mencionan, aunque existen algunos con pequeñas variantes que serán aclaradas en forma oportuna. Parámetro Símbolo Dispositivo Valor Unidades Almacenamiento de temperatura T STG -55 a +150 ºC Temperatura en Operación T OPR -55 a +100 ºC Todos Temperatura de plomo en T SOL 250 por 10 seg. ºC soldadura Tabla 3.27 Parámetros de aplicación general Variaciones: Para Serie: H11C1 H11C2 H11C3 H11C4 H11C5 H11C6 de Fairchild Semiconductor y Serie: H11C4/H11C5/H11C6 de Infineon Tecnologies T SOL = 260 por 10 seg. Serie: TLP541G, TLP542G de TOSHIBA: T STG = -55 a +125 ºC T OPR = -30 a +100 ºC T SOL = 260 por 10 seg. Algunos de los dispositivos de esta sección manejan diagramas diferentes en organización al diagrama básico, figura 3.13, por lo que estos diagramas serán incluidos dentro del contenido de cada uno

101 a) b) Figura 3.13 a) Paquete del dispositivo y b) Diagrama de configuración interna básico.. a) 4N39 4N40 El 4N39 y 4N40 de la empresa Fairchild con 6 pines; tiene un diodo emisor infrarrojo de Arseniuro de galio ópticamente acoplado con un silicio sensor activado por luz controlado por un rectificador en un paquete doble alineado. Aplicaciones: -Circuitos de baja energía -Equipos de Telecomunicaciones -Electrónicos portátiles -Relevadores de estado sólido -Interfaces de acoplamiento de sistemas de diferentes potenciales e impedancias. Características: -10 A, T2L compatible, Relevador estado sólido -25 W Indicador lógico controlador de lámpara -400 V Transistor acoplador simétrico Bajo prescripción de laboratorio (UL) reconocido, archivo #E90700 En la tabla 3.28 se muestran los Grados máximos absolutos de este dispositivo

102 Grados Máximos Absolutos Parámetro Símbolo Dispositivo Valor Unidades Totales en dispositivo Disipación total de poder en (-55 a +50ºC) Reduzca la capacidad normal arriba de 50ºC Emisor P D 450 mw 9.0 mw/ºc I F 60 ma Corriente continua Voltaje Inverso V R Todos 6 V Corriente directa-pico (300 µs, 2% de Ciclo obligatorio) I F (PK) 1.0 A LED disipación de energía (-55 a +50ºC) Reduzca la capacidad normal arriba de 50ºC Detector P D 100 mw 2.0 mw/ºc 4N Estado apagado y Voltaje Inverso 4N V Voltaje Inverso Pico en Compuerta 6 Corriente directa Estado encendido 300 ma Corriente de Subida Estado encendido (100µs) 10 A Corriente Pico en Compuerta 10 ma Disipación de Energía en Detector(-55 a 400 mw +50ºC) Reduzca la capacidad normal arriba de P D Todos 80 mw/ºc 50ºC Tabla 3.28 Grados máximos absolutos para este dispositivo. b) H11C1 H11C2 H11C3 H11C4 H11C5 H11C6

103 La serie H11C de la empresa Fairchild con 6 pines; consiste de un diodo emisor infrarrojo de arseniuro de galio opticamente acoplado con un sensor de silicio activado por luz, controlado por un rectificador en un paquete doble alineado. Características: -Alta eficacia, baja degradación, LED de liquido Epitexial -Bajo prescripción de laboratorio (UL) archivo #E Reconocimiento VDE (Archivo #94766) -Bloqueo de Voltaje Pico 200V/400V -Alto aislamiento de voltaje 5300V AC (RMS) Aplicaciones: -Circuitos lógicos de baja potencia -Equipos de telecomunicaciones -Electrónicos Portátiles -Relevadores de estado sólido -Interfaces de Acoplamiento de sistemas de diferentes potenciales e impedancias. -10 A, T2L compatibilidad, Relevador en estado sólido -25 W Indicador manejado por lámpara -200 V Transistor Simétrico Acoplador (H11C1, H11C2, H11C3) -400 V Transistor Simétrico Acoplador (H11C4, H11C5, H11C6)

104 En la tabla 3.29 se muestran los Grados máximos de este dispositivo. Emisor Grados Máximos Absolutos Corriente continua Parámetros Símbolo Dispositiv Valor Unidades o I F 60 ma Voltaje Inverso V R 6 V Corriente directa-pico 3.0 A I Todos F (PK) (300pps, 1 µs, pulso) LED disipación de energía (-55 a +50ºC) 100 mw Reduzca la capacidad normal arriba de 25ºC Detector P D P D 1.33 mw/ºc 400 Disipación de energía (Ambiente) Reduzca la capacidad normal linealmente arriba de 25 ºC ambiente 5.3 mw Disipación de energía (Paquete) Reduzca la capacidad 1 mw/ºc normal arriba de 25 ºC ambiente Todos 13.3 Voltaje Inverso Pico en compuerta V GR 6 V Corriente RMS Estado encendido I DM(RMS) 300 ma Corriente RMS Estado encendido ( 100µs, 1 % ciclo obligado) I DM(Pico) 10 A Corriente de subida (10ms) I DM(Subida) 5 A H11C1, Voltaje Directo Pico V DM H11C2, 200 H11C3 V H11C4, Voltaje Directo Pico V DM H11C5, 400 H11C6 Tabla 3.29 Grados máximos para este dispositivo

105 c) TLP541G, TLP542G El TOSHIBA TLP541G de 6 y 8 pines; consiste de un foto-tiristor opticamente acoplado a un diodo emisor infrarrojo de Arseniuro de Galio en un paquete plástico de seis patillas, mientras que el TOSHIBA TLP542G consiste en un paquete de plástico DIP con siete patillas. Aplicaciones: Controladores Programables Modulo de Salida-AC Relevador en estado sólido Características: -Voltaje Pico en estado apagado: 400 V (min.) -Corriente en Gatillo de LED: 7 ma (max.) -Corriente en estado encendido: 150 ma (max.) Aislamiento de Voltaje: 2500 Vrms (min.) Reconocido por UL: UL1577, Archivo No. E67349 En la figura 3.14.se muestra la configuración interna de este dispositivo.

106 Figura 3.14 Configuración interna En la tabla 3.30 se mencionan los Grados máximos absolutos de este dispositivo, mientras que en la 3.31 se muestran algunas condiciones de operación. Emisor Grados Máximos Absolutos ( T A = 25 ºC ) Parámetro Símbolo Valor Unidades Corriente continua I F 7 ma Voltaje Inverso V R 5 V Corriente Hacia delante Reduciendo la capacidad normal arriba de 25ºC ΔI F /ºC -0.7 ma/ºc Corriente Hacia delante Pico (100 µs pulso, 100pps) I FP 1 A Temperatura en unión T j 125 ºC Detector Voltaje Pico hacia delante (R GK = 27kΩ) V DRM 400 V Voltaje Inverso Pico (R GK = 27kΩ) V RRM 400 Corriente en estado encendido Reduciendo la capacidad normal Ta 25ºC ΔI T /ºC -2.0 ma/ºc Un ciclo Pico Corriente en subida I TSM 2 A Temperatura en unión T j 100 ºC Tabla 3.30 Grados máximos absolutos de este dispositivo Condiciones de Operación Recomendadas Características Símbolo Mín. Típ. Máx. Unid. Suministro de Voltaje V AC 120 Vac

107 Corriente Hacia delante I F ma Temperatura de Operación T opr ºC Resistencia Compuerta a Cátodo R GK kω Capacitancia Compuerta a Cátodo C GK µf Tabla 3.31 Condiciones de operación recomendada Optoacopladores salida a Triac Este tipo de dispositivo, se compone de un optoacoplador con una etapa de salida formada por un triac, se utiliza para aislar una circuiteria de baja tensión en una red de comunicación. En las series que se presentan en esta sección algunos parámetros aplicables a la mayoría de los dispositivos sin importar la casa fabricante ni numero de serie, es decir datos técnicos que son comunes y aplicables para cada uno de ellos. Datos como los que se mencionan en la tabla 3.32, que vienen siendo denominadores comunes entre la mayoría para esta subdivisión de dispositivos, los datos de la siguiente tabla son aplicables para todos estos, aunque existen algunas variables entre algunos las cuales se aclararan en forma oportuna. Grados Máximos Absolutos Parámetro Símbolo Dispositivo Valor Unidades Totales en dispositivo T STG -40 a +150 ºC Almacenamiento de temperatura Todos Temperatura en Operación T OPR -40 a +100 ºC Temperatura de plomo en T SOL 260 por 10 seg. ºC soldadura Tabla 3.32 Parámetros de aplicación general.

108 Variaciones: Para Serie: MOC3009 MOC3012 de Texas Instruments T STG = -55 a +100 ºC Para serie: MOC3010M, MOC3011M, MOC3012M, MOC3020M, MOC3021M, MOC3022M y MOC3023M de Fairchild Semiconductor T OPR = -30 a +85 ºC Los datos proporcionados así como también el diagrama de configuración básica, figura 3.15, para este tipo de optoacopladores pueden ser diferentes para algunos casos y para estas situaciones los diagramas con diferencias estarán disponibles en cada dispositivo. 1. Ánodo 2. Cátodo 4. Terminal principal 6. Terminal principal Figura 3.15 Símbolo de Optoacoplador Foto Triac a).moc2a60-5 y MOC2A60-10 Este Optoacoplador de poder de Motorola, con 9 pines; consiste de un diodo emisor infrarrojo de arseniuro de galio opticamente acoplado a un circuito Triac de paso cero conductor y un Triac de poder, este es

109 capaz de conducir una carga de mas de 2 amperes (rms) directamente, en líneas de voltajes de 20 a 280 Vac (rms). Características: -Suministra normalmente abierto un estado sólido AC salida con nivel 2 Amp. -Capacidad Ciclo sencillo en subida 70 A, -Cero Voltaje encendido y apagado cero corriente -Alto aislamiento entrada-salida de 3750 Vac (rms) -Nivel dv/dt estático de 400 Volts/ms garantizado -2 A Nivel piloto obligado por UL508 _117 (Prueba de sobrecarga), y 118 (Prueba de Resistencia) [Archivo No ] -Aprobado por CSA [Archivo No. CA ]. -Aprobado SEMKO Certificado # Excede NEMA y IEEE472 Inmunidad a ruido requerimiento para prueba (Ver circuito de prueba) Para este dispositivo se aplica el diagrama de paquete y configuración interna mostrado en la figura 3.16 (a) y (b) respectivamente. (a) (b) Figura 3.16 (a) Vista del paquete y (b) configuración interna

110 Los Rangos máximos de este dispositivo se mencionan en la tabla 3.33 de este dispositivo. Rangos en Dispositivo (T A = 25 ºC a menos que se especifique de otra forma) Grados Símbolo Valor Unidad Entrada LED Corriente hacia delante Máxima continua I F 50 ma Corriente hacia delante-máxima pico (PW = 100µs, 120 pps) I F(pk) 1.0 A Voltaje inverso- máximo V R 6.0 V Salida TRIAC Voltaje Terminal de salida- Máxima Trascendente (1) V DRM 600 V(pk) Rango de Voltaje de operación máximo continuo (f = Hz) Rango de Corriente estado encendido (aire libre, Factor de Poder 0.3) Ciclo sencillo No repetitivo Corriente de subida corriente Pico máximo (t = 16.7 ms) V T I T8rms) 10 a Vac(rms) a A 2.0 I TSM 70 A Terminal principal Corriente de Fusión (t = 8.3 ms) I 2 T 26 A 2 seg. 0.3 a Rango Factor Poder de Carga PF 1.0 Rango Temperatura de Unión T J -40 a ºC 125 Tabla 3.33 Rangos máximos absolutos para este dispositivo. Nota: 1. Prueba de voltajes debe ser aplicada con su rango dv/dt 2. Entrada- Salida aislamiento de Voltaje, V ISO, es un dispositivo dieléctrico de interrupción interno. Para esta prueba, pines 2, 3 son comunes, y los 7 y 9 son comunes. 3. Por EIA/NARM estándar RS 443, con VP = 200 V, el cual es el pico instantáneo del máximo voltaje de operación. b).moc3009 MOC3012 (Texas Instruments )

111 Características: -Salida Manejada por Fototriac 250 V -Fuente diodo infrarrojo de arseniuro de galio -Y opticamente acoplado a un Triac conductor (De conmutación Bilateral) -Reconocido por UL, Archivo No. E Alto aislamiento 7500 V Pico -Salida conductora diseñada para 115 Vac -6 pines estándar en un plástico DIP -Directamente intercambiable con Motorola MOC3009, MOC3010, MOC3011, y MOC3012 Aplicaciones Típicas de 115 Vac (rms) -Controles de válvulas solenoides -Balastros de lámpara -Interfaces de microprocesadores a periféricos 115 Vac -Controles de motor -Dimmers de lámparas incandescentes En la figura 3.17 se dispositivo, con configuración interna básica muestra el diagrama de Pines de este

112 Figura 3.17 Configuración de pines Rangos Máximos Absolutos ( 25ºC temperatura al aire libre. A menos que no se especifique ) Voltaje Pico Entrada Salida, 5 s máxima duración, 60 Hz (ver nota 1) kv Entrada a diodo de Voltaje inverso V Entrada a diodo corriente continúa ma Salida Voltaje Pico Repetitivo en estado apagado V Salida de Corriente estado apagado, valor total en rms (50-60 Hz, señal onda total): T A = 25ºC ma T A = 70ºC ma Salida conductora corriente pico mono-repetitivo en estado encendido (tw = 10 ms, Ciclo Obligado = 10%) A Continúa disipación de energía a (o por debajo) 25ºC temperatura al aire libre Diodo Emisor infrarrojo (Ver Nota 2) mw Fototriac (Ver Nota 3) mw Total en dispositivo (Ver Nota 4) mw Tensiones después de este listado bajo Rangos Máximos Absolutos pueden causar daño permanente al dispositivo. Estas son tensiones medidas únicamente y funcionalmente en operación del dispositivo u otras condiciones después bajo Condiciones de Operación Recomendadas. La exposición a los grados máximos absolutos por periodos extensos puede afectar la fiabilidad del dispositivo.

113 Notas : 1. Voltajes pico Entrada a Salida, es un dispositivo interno de niveles de falla. 2. Reduzca la capacidad linealmente a 100ºC temperatura al aire libre a un coeficiente de 1.33 mw/ºc. 3. Reduzca la capacidad linealmente a 100ºC temperatura al aire libre a un coeficiente de 4 mw/ºc. 4. Reduzca la capacidad linealmente a 100ºC temperatura al aire libre a un coeficiente de 4.4 mw c).moc3010m, MOC3011M, MOC3012M, MOC3020M, MOC3021M, MOC3022M y MOC3023M Las series MOC301XM y MOC302XM de la empresa Fairchild de fase aleatoria, con 6 pines; son dispositivos conductores Triac opticamente aislados. Estos dispositivos contienen un diodo emisor infrarrojo de Arseniuro de galio y un silicio activado por luz de conmutación bilateral, el cual funciona como un Triac. Estos son diseñados para interfaces entre controles electrónicos y Triacs de poder para controles resistivos y cargas inductivas para 115 VAC de operación. Características: -Excelente Estabilidad de IFT IR Diodo Emisor tiene baja degradación -Alto aislamiento de Voltaje mínimo 5300 VAC RMS -Bajo prescripción de Laboratorio (UL) reconocido Archivo #E Bloqueo de voltaje Pico 250V-MOC301XM 400V-MOC302XM Reconocido por VDE (Archivo #94766)

114 Aplicaciones: -Controles industriales-controles de válvulas solenoides -Luces de Tráfico-Estática energía AC en conmutador -Distribuidores automáticos-dimers para lámparas incandescentes -Relevador en estado sólido- controles de motor -Balastros para lámparas En la tabla 3.34 se muestran los Rangos máximos absolutos de este dispositivo. Grados Máximos Absolutos (T A = 25 ºC a menos que se especifique de otra forma) Parámetros Símbolo Dispositivo Valor Unidad Aislamiento de Voltaje hacia arriba Disipación Total de energía en 25 ºC reduzca la capacidad arriba de 25ºC Emisor Corriente continua hacia delante V ISO P D 7500 Vac(pk) 330 mw Todos 4.4 mw/ºc I F 60 ma Voltaje Inverso V R 3 V Disipación Total de 25 ºC ambiente reduzca la capacidad arriba de 25ºC P D 1.33 mw/ºc Detector Salida de Voltaje a terminal Estado apagado Pico repetitivo Corriente de subida (PW= 1 ms, 120 pps) Disipación Total de 25 ºC ambiente reduzca la capacidad arriba de 25ºC V DRM I TSM MOC3010M,1M,2M, 250 V MOC3020M, 400 1M,2M, 3M 1 A Todos 300 mw P D 4 mw/ºc Tabla 3.34 Rangos máximos absolutos

115 CAPITULO 4 APLICACIONES 4.1 Introducción Es algo claro para nosotros que el hecho de aprender a trabajar con dispositivos electrónicos es de mucha importancia, y de ahí que es necesario tener por lo menos conocimiento básico de los requerimientos y características de los componentes con los que tratemos, una vez que este conocimiento básico y teórico es visto se puede seguir con el siguiente paso, paso a paso en el diseño de un circuito una vez diseñado en papel se puede pasar a lo que será la implementación del mismo. Existe un universo de circuitos tan increíblemente pequeños como también grandes pero solo en extensión por que pueden estar formados por infinidad de miniaturas de ellos que trabajan en conjunto para un solo fin, para el que fueron diseñados, desde la utilización cotidiana, tan claro como el control de la TV, hasta aplicaciones mas sofisticadas, tan es así que a veces es imposible pensar en un mundo sin la utilización de dispositivos electrónicos. Pero siempre hay que tener en cuenta que para los diseños de dispositivos ya sea de telecomunicaciones, seguridad, entretenimiento, y de uso común se basan en una simple idea y que la conjunción de varios circuitos forman este fin común.

116 Para este capitulo nos dimos a la tarea de mostrar algunas implementaciones que pueden ser de utilidad para el diseño de dispositivos por que sabemos que todo se basa en una idea simple y que esa idea se puede llevar a cabo con un poco de incentivo. 4.2 Circuito Transmisor y Receptor de señales IR. En estos circuitos se va a mostrar un transmisor y un receptor de señales IR, los cuales dependerá de uno que uso se le quiera dar. En este circuito se propone la utilización del diodo IR de la empresa Fairchild QED233/234. En la figura 4.1 se muestra el transmisor. Figura 4.1 Transmisor de señales IR Se puede observar que los pines 5 y 7 del integrado quedan libres. El interruptor dentro del circuito cumple la función de activarlo o desactivarlo. El potenciómetro, permite regular la frecuencia de trabajo en un rango de 36 a 40 KHz. Reduciendo el valor de R3 se