Practicas de INTERFACES ELECTRO-ÓPTICOS PARA COMUNICACIONES

Transcripción

1 Practicas de INTERFACES ELECTROÓPTICOS PARA COMUNICACIONES Francisco Javier del Pino Suárez

2 Práctica 1. Fotorresistencias Objetivos Esta práctica está dedicada al estudio de las fotorresistencias. A partir de las hojas de características de este dispositivo se diseñará dos circuitos útiles para caracterizar la iluminación del laboratorio. Material El Laboratorio de Dispositivos Optoelectrónicos suministrará la fotorresistencia NORP1 (RS stock no ). El resto de componentes (resistencias, condensadores, circuitos integrados, latiguillos, placa protoboard, etc.) deberá traerlo cada alumno. Montaje 1: Oscilador con frecuencia controlada por luz. Realizar un oscilador que genere una señal cuadrada con una amplitud V pp =5V siguiendo cualquiera de los esquemas propuestos en la figura 1. Calcular C para que la frecuencia para oscuridad (según hoja de características de la fotorresistencia) sea mayor que 50 Hz. 1 8 C 1 R C 1 R 1 SALIDA SALIDA INVERTIDA SALIDA C C (a) (b) Fig 1 (a) Oscilador de ciclo útil del 50% (b) Oscilador de ciclo útil variable. Una vez tengamos el circuito oscilando, medir la frecuencia de salida con y sin iluminación. A partir de estos datos calcular el valor de la fotorresistencia y el nivel de iluminación en lúmenes para ambos estados. Montaje : Caracterización de la iluminación del laboratorio El circuito de la figura muestra una red de polarización de un transistor bipolar en configuración emisor común. Calcular los valores de los componentes para que

3 cuando haya máxima iluminación, en el colector tengamos 5V. La tensión de alimentación será de V cc =10V y el transistor bipolar puede ser el BC547 o el NA. V CC R C V o R B R E Fig Emisor común Medir la frecuencia de oscilación y la magnitud de la señal en el colector con y sin iluminación. Explicar los resultados.

4 Práctica. Fotodiodos Objetivos En esta práctica se obtendrá en el osciloscopio la curva de un fotodiodo así como la dependencia de la misma con la iluminación recibida. Como aplicación práctica del uso de los fototransistores se hará un sencillo montaje que servirá de sensor de iluminación o de oscuridad. Material El Laboratorio de Dispositivos Optoelectrónicos suministrará el fotodiodo PD481. El resto de componentes (resistencias, condensadores, circuitos integrados, latiguillos, placa protoboard, etc.) deberá traerlo cada alumno. Montaje En este apartado se obtendrá en el osciloscopio la curva de un fotodiodo. Se apreciará también cómo al iluminar el fotodiodo la curva se desplaza hacia corrientes negativas debido a la generación de corriente inversa tal y como se explica en clase de teoría. Para ello se realizará el montaje de la figura 3, el cual consta de cuatro amplificadores operacionales. La función de cada uno de ellos, referenciados de de izquierda a derecha, es la siguiente: 1. Oscilador de frecuencia y amplitud controlada. Su función es la de generar una señal de carga y descarga de un condensador que es bastante parecida a una señal triangular. Seguidor de tensión para no cargar la etapa anterior 3. Etapa básica convertidora de corriente a tensión. La tensión aplicada a la entrada (ánodo del fotodiodo, el cátodo está puesto a tierra por medio de un cortocircuito virtual) hace que circule una corriente por el fotodiodo la cual circula a su vez por la resistencia de 100k dando como resultado una tensión a la salida. 4. Etapa inversora. Permite invertir la señal de la etapa anterior para tener la relación directa con la corriente del dispositivo. Utilizando el circuito de la figura 3, representar en el osciloscopio y dibujar en papel las curvas características de los siguientes dispositivos: 1. Diodo rectificador. Fotodiodo PD481, con y sin iluminación. Para ello, una vez representada la curva en la pantalla del osciloscopio, iluminar el fotodiodo mediante la lámpara del laboratorio. Se deberá apreciar como la curva del fotodiodo se desplaza hacia corrientes negativas.

5 33k 10k 1uF V V V V V d 10k V V I d V V I d 10k 6k Fig 3 Montaje para la visualización de la curva de un fotodiodo. Nota1: Para obtener la curva deberemos visualizar en el osciloscopio la señal V d en el canal 1 y la señal I d 10k en el canal. Seguidamente debemos cambiar el osciloscopio de visualización Y(t) a señal XY. En la memoria se deberá explicar el funcionamiento de cada una de las partes del circuito y justificar los valores de los componentes y los resultados obtenidos.

6 Práctica 3. LEDs Objetivos En esta práctica se visualizarán en el osciloscopio las curvas características de diferentes LEDs con emisiones en distintas longitudes de onda. Durante el transcurso de esta práctica se realizará además una demostración del uso del medidor de espectro óptico C7473 de HAMAMATSU, que consistirá en medir el espectro de emisión de los LEDs estudiados. Material El Laboratorio de Dispositivos Optoelectrónicos suministrará los LEDs a medir. El resto de componentes (resistencias, condensadores, circuitos integrados, latiguillos, placa protoboard, etc.) deberá traerlo cada alumno. Montaje Utilizando el circuito de la figura 5, representar en el osciloscopio y dibujar en papel las curvas características de los siguientes dispositivos: 3. Diodo rectificador 4. LED verde: HLMP LED amarillo: HLMP LED rojo: HLMP LED infrarrojo: GL480 Para ello se deberá calcular R 1, R y R 3 para cada uno de los dispositivos citados de forma que se vea la curva característica completa y no se sature cuando circula la corriente máxima que admite el dispositivo. 33k R 3 1uF V V V V V d V V I d V V I d R 3 R 1 R 3 R Fig 4 Montaje para la visualización de la curva de un LED. En la memoria se deberá justificar los valores de los componentes y los resultados obtenidos.

7 Práctica 4. Fototransistores Objetivos En esta sesión se realizarán dos montajes como aplicación práctica de los fototransistores: el primero consiste en un sensor de iluminación u oscuridad y el segundo en un detector de paso. Material El Laboratorio de Dispositivos Optoelectrónicos suministrará el fototransistor PT481F y el zumbador. Así mismo, para el segundo montaje se suministrará el LED infrarrojo GL480. El resto de componentes (resistencias, condensadores, circuitos integrados, latiguillos, placa protoboard, etc.) deberá traerlo cada alumno. Montaje 1: Sensor de iluminación u oscuridad En este apartado se diseñará un sensor de iluminación o de oscuridad según el gusto del consumidor. Para ello se partirá del circuito de la figura 4a. En éste circuito se comprobará el nivel de señal continua en (V ft ) con y sin iluminación para una tensión de alimentación de 6 voltios. Una vez echo esto, se diseñará un divisor de tensión para obtener un valor intermedio entre los anteriores (V div ). El divisor utilizado es el de la figura 4b y la tensión de alimentación es la misma. Finalmente utilizaremos un operacional como comparador de forma que la iluminación u oscuridad cambie los valores de las entradas inversora y no inversora, obteniendo de este modo el sensor buscado. Como indicador utilizaremos un zumbador, el cual se activa cuando se le aplica una tensión continua de alrededor de unos 4 voltios. El circuito comparador se muestra en la figura 4c. Note que dependiendo de si queremos que el circuito se active con iluminación u oscuridad conectaremos a las entradas del operacional uno u otro circuito. V CC V CC PT481F V ft V R 1 V div V V CC R V CC Zumbador (a) (b) (c) Fig 5 Sensor de iluminación u oscuridad.

8 En la memoria se deberá indicar que configuración se ha tomado y los valores de los componentes utilizados. Montaje : Detector de paso Los detectores de paso son dispositivos muy utilizados en la vida diaria. Este tipo de circuitos los podemos encontrar en ascensores, puertas automáticas, etc. Básicamente están compuestos por un emisor y un receptor que trabajan a la misma longitud de onda, generalmente infrarrojo. En nuestro caso, trabajaremos con el diodo emisor de luz GL480 y el fototransistor PT481F. El emisor consta de un circuito 555 configurado como oscilador. El esquema que debemos utilizar se muestra en la figura 6. La resistencia R se debe calcular de forma que no se supere la corriente máxima que admite el dispositivo. 10V uF R A =100 7 R B =10k R 3 6 C=1.5uF Fig 6 Emisor. Este circuito emite unos pulsos a una frecuencia de: f osc = 1.44 ( R R )C A B El receptor está compuesto por un fototransistor, un filtro pasoalto y un comparador no inversor. Su configuración se muestra en la figura 7.

9 10V 10uF R 1 = R 3 =5k 10k R =500 C=4.7uF V V V V Fig 7 Receptor. La frecuencia de corte y la ganancia del filtro vienen dadas por las siguientes expresiones: f c = 1.44 π R C A V = R R 3 Los pulsos que emite el emisor son captados por el fototransistor que se satura y se corta a la frecuencia emitida por el LED. Esta señal, al tener una frecuencia superior a la frecuencia de corte del filtro, pasa a la salida del mismo amplificada (A V ). Esta señal se compara con el nivel de referencia impuesto por el potenciómetro y si es superior genera un nivel alto a la salida lo cual hace que suene el zumbador. A la salida del circuito se puede conectar un contador o cualquier otro dispositivo actuador. En la memoria se deberá justificar los valores de los componentes indicando las frecuencias y niveles de las señales en los diferentes puntos del circuito.