CIRCUITOS ELECTRÓNICOS, DIODO LED

Transcripción

1 Laboratorio electrónico Nº 3 CIRCUITOS ELECTRÓNICOS, DIODO LED Objetivo Aplicar los conocimientos de circuitos electrónicos Familiarizarse con los dispositivos y componentes electrónicos Objetivo específico Instalar y polarizar diodo LED 1. Equipos y herramientas 1 fuente de alimentación regulada DC (5 Voltios DC) 1 Multímetro digital o analógico 1 Protoboard (placa de prototipos) 1 alicate de corte 1 alicate de punta 1 navaja 2. Materiales 3 diodo LED: rojo; verde y amarillo 3 resistencias de: 2 Ohm, K Ohm y 0 K Ohm, o valores aprox. (1/8 Watt) 1 condensador electrolítico de micro Faradios, 16 Vdc 1/2 metro cable telefónico Nº 22, o cable de red: UTP-5 2 puntas de prueba para Multímetro 2 cables con banana - cocodrilo: rojo y negro 3. Conceptos previos Diodo LED: Un LED, siglas en inglés de Light-Emitting Diode (diodo emisor de luz) es un dispositivo semiconductor (diodo) que emite luz cuasi-monocromática, es decir, con un espectro muy angosto, cuando se polariza de forma directa y es atravesado por una corriente eléctrica. Existen diodos LED de varios colores que dependen del material con el cual fueron construidos. Hay de color rojo, verde, amarillo, ámbar, infrarrojo. El color, (longitud de onda), 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 IRED (Infra-Red Emitting Diode). Eléctricamente el diodo LED se comporta igual que un diodo de silicio o germanio. Dependiendo del material de que está hecho el LED, será la emisión de la longitud de onda y por ende el color Simbología del diodo semiconductor: Página 15 de 35

2 El funcionamiento físico consiste en que, un electrón pasa de la banda de conducción a la de valencia, perdiendo energía. Esta energía se manifiesta en forma de un fotón desprendido, con una amplitud, una dirección y una fase aleatoria. 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 no influye en el color de la luz emitida. A C Para obtener una buena intensidad luminosa debe escogerse bien la corriente que atraviesa el LED; el voltaje de Representación simbólica del diodo LED operación va desde 1,5 hasta 2,2 voltios aproximadamente, y la gama de intensidades que debe circular por él va desde hasta ma en los diodos de color rojo, y de a 40 ma para los otros LEDs. Tecnología LED En corriente continua (CC), 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. Compuestos empleados en la construcción de LED. Compuesto Color Long. de onda Arseniuro de galio (GaAs) Infrarrojo 940nm Arseniuro de galio y aluminio (AlGaAs) e infrarrojo 890nm Arseniuro fosfuro de galio (GaAsP), naranja y amarillo 630nm Fosfuro de galio (GaP) 555nm Nitruro de galio (GaN) 525nm Seleniuro de zinc (ZnSe) Nitruro de galio e indio 450nm Página 16 de 35

3 (InGaN) Carburo de silicio (SiC) Diamante (C) Ultravioleta Silicio (Si) En desarrollo 480nm 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. Conexión La diferencia de potencial varía de acuerdo a las especificaciones relacionadas con el color y la potencia soportada. En términos generales puede considerarse: Color de diodo Voltaje del Diodo Vd alta luminosidad alta luminosidad Naranja Blanco brillante 430nm Blanco 1.6 V 1,9V 2.4V 2,4V 1.7V 4,6V 3,7V Luego mediante la ley de Ohm, puede calcularse la resistencia limitadora de corriente (R), adecuada para la tensión de la fuente (Vfuente) que utilicemos. El término I, en la fórmula, se refiere al valor de corriente para la intensidad luminosa que necesitamos. Lo común es de ma para LEDs de baja luminosidad y ma para LEDs de alta luminosidad; un valor superior puede inhabilitar el LED o reducir de manera considerable su tiempo de vida. Algunas consideraciones Antes de insertar un diodo en un montaje tendremos que tener el color del diodo para saber la caída de tensión, parámetro necesario para los cálculos posteriores: Color Naranja Caída de tensión ( VLED ) V Intensidad máxima ( ILED ) ma Intensidad media ( ILED ) ma Tabla. Caída de tensión e intensidad media para Vcc=5Vdc Página 17 de 35

4 Ley de Joule: Potencia = I 2 R Donde I es la intensidad que atravesará al diodo y R la resistencia limitadora de corriente. Ejemplo Supongamos que la tensión de alimentación es de 5 voltios y vamos a utilizar un diodo LED de color rojo por el que circulará una corriente de 15 ma. La resistencia limitadora será: 5 V - 1,6 V R = = 227 Ohm A Utilizaremos una resistencia normalizada (comercial) de valor 2 Ohm, con esta resistencia la intensidad real que circulará es de ma valor lo más próximo al teórico. Utilizando la Ley de Joule para el cálculo de potencia en la resistencia limitadora, se tiene: P = W, es decir, 52.5 mw; por tanto, basta con utilizar una resistencia de 1/8 de vatio (125 mw) de 2 Ohm, en serie con el diodo LED. Valores Comerciales de Resistencias Multiplicador 4. X 0.1 X1 X X 0 X 00 X 000 NEGRO MARRON ROJO NARANJA AMARILLO Procedimiento a) Armar el siguiente circuito serie resistencia con diodo, luego: medir los voltajes en la resistencia y en diodo. Calcular la corriente I (en ma), la resistencia del diodo (en K Ohm) y la potencia disipada del diodo (en mw). Luego llenar el cuadro cambiando los diodos: Página 18 de 35

5 Diodo Voltaje en R Voltaje en Diodo I ma (calculado) R diodo (Ohm) P LED mw (calculado) b) Armar el siguiente circuito y calcular la frecuencia y periodo T, de la señal de salida (patilla 3, Out): Timer R 1 (KOhm) R 2 (KOhm) Análisis 6. Síntesis 7. Bibliografía 0 C1 Frecuencia Periodo T (micro F) (Hz) Página 19 de 35