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Universidad Técnica
De Manabí
Obtener datos para LED rojos y verdes.
Desplegar en pantallas números con
indicadores de siete segmentos.
Trasferir una señal a través de un
optocoplador.
A este interesante campo pertenecen los
diodos emisores de luz (LED, light: emttiing
diode), las pantallas o displays de LED y
los optocopladores.
La optoelectrónica es una tecnología que
combina la óptica y la electrónica.
El diodo emisor de luz (LED) es una fuente
luminosa de estado sólido. Que han
reemplazado a los focos en diversas
aplicaciones debido a las siguientes
ventajas:.
1. Consumen poco voltaje
2. Su vida útil es muy larga (más de
20 años)
3. Su tiempo de conmutación es muy
breve (nanosegundos, ns)
Una configuración de LED es un grupo de LED que despliega números,
letras y otros símbolos: la más común es la pantalla de 7 segmentos de la
figura (a) . La pantalla tiene 7 LED rectangulares (de la A a la G) y cada uno
se llama segmento porque forma parte del carácter presentado en la
pantalla..
La figura (b) muestra el diagrama
esquemático, donde un voltaje positivo
alimenta todos los ánodos. Al aterrizar
con una resistencia limitadora de
corriente uno o varios diodos todos se
pueden formar dígitos de 0 a 9, así
como la mayoría de las letras del
alfabeto y algunos signos de
puntuación...
La corriente de un diodo con polarización
inversa es pequeña debido a sus
portadores minoritarios. La cantidad de
estos dependerá de la temperatura y de la
luz que incida en la unión.
Cuando la base de un diodo es opaca, la
luz externa no llega a la unión; por lo
tanto, no se detecta ningún, efecto
fotoeléctrico (transformación de la luz en
electricidad). En cambio, si la base del
diodo es de vidrio, la luz que entra
modifica la cantidad de corriente inversa...
La figura muestra el símbolo esquemático de un fotodiodo; las
flechas que entran representan la luz que incide. Observe también
que la polarización del fotodiodo es inversa. De esta manera, si la
intensidad luminosa aumenta, la corriente inversa se incrementa.
Ésta es pequeña, en general, unas decenas de microampers. El
fotodiodo es un ejemplo de fotodetector, dispositivo capaz de
convertir la luz que incide en electricidad...
Un optoacoplador combina, en una misma base, un LED y un
fotodetector.
La figura muestra un acoplador formado por un LED y un fotodiodo:
el primero está a la izquierda y el segundo, a la derecha. El voltaje
que alimenta, al LED fuerza la circulación de la corriente a través
del LED. La luz que éste emite incide en el fotodiodo y crea una
corriente inversa que pasa por el resistor R1. El voltaje del
fotodiodo esVsal= Vss – IR2
Este voltaje de salida dependerá de la magnitud de la corriente
inversa. SÍ se modifica el voltaje que alimenta al LED, varían la
intensidad luminosa, la corriente del fotodiodo y, en consecuencia,
Vsal. Si la corriente del LED tiene una variación de ca, Vsal tendrá
la misma variación de ca.
La principal ventaja del optoacoplador es el aislamiento eléctrico
entre el circuito del LED y el circuito del fotodiodo; es común que la
resistencia entre el circuito de entrada y el de salida sea mayor a
los 1010 Ω. Por ello, el optoacoplador también se conoce como
"optoaislador"; el único contacto entre los circuitos de entrada y de
salida es el haz luminoso.
.
Dos fuentes de alimentación: una de 15v y otra ajustable, de 1
a 15v
Equipos: multímetro digital, multímetro.
Resistores: dos de 270Ω a 1 W.
Diodo: N914 (o un diodo de pequeña señal equivalente).
LED rojo: TIL221 (otras opciones de soportar hasta 40 mA).
LED verde: TII222 (otras opciones: cualquier LED verde capaz
de soportar hasta 50 mA).
Pantalla de 7 segmentos: TIL312 (o su equivalente mas
cercano).
Optoacoplador: 4N26 (o su equivalente mas cercano).
TOMA DE DATOS DE UN LED ROJO.
Contando con todos los materiales necesarios procedemos a
realizar el experimento.
Antes de realizar el circuito identificamos el cátodo en el LED el
cual es ligeramente más corto que la de el ánodo, esto es muy
importante para no correr el riesgo de destruir el LED al
energizarlo de forma inversa.
Procedemos a armar el circuito que esta formado por una fuente
variable de 12 V que alimenta una resistencia de 220 Ω que esta
conectada en serie con un diodo de pequeña señal equivalente ,
conectado de forma inversa y su otro extremo va conectado al
negativo de la fuente .
Como ya sabemos el diodo invertido es una protección para el LED
en caso de accidentalmente aplicamos una voltaje inverso mayor a
3 V con lo cual podríamos destruir o degradar las características
del LED. Comprobamos su funcionamiento energizando y
observando la iluminación del LED:
Para tomar datos colocamos un amperímetro para medir la
corriente del LED así como un voltímetro para conocer el voltaje
del LED :
.
Luego ajustamos la fuente
regulable de manera que
haya 10 mA en el LED.
y anotamos la lectura en el
voltímetro la cual nos da :
.
A continuación procedemos
a ajustar la fuente de
variable de manera que nos
de 20 mA :
Y tomamos lectura del
voltímetro:
.
Continuamos variando la
fuente hasta que marque
en el amperímetro 30mA:
Anotamos la medición del
voltímetro:
.
DATOS PARA UN LED VERDE.
Realizamos los mismos pasos
anteriores y tomamos datos. Es
así que tenemos los siguientes
valores: cuando la fuente
regulable nos da 10mA, el voltaje
en el LED es de: 2.08 V.
Cuando la fuente nos da 20 mA.
En el LED tenemos 2.2 V
A 30 mA. el voltímetro nos marca : 2.45 V
Y cuando la fuente nos da los 33.5 mA. Que es su máxima
capacidad el voltímetro nos marca un voltaje de 2.45 V en el
LED
I. ma V verde V V rojo V
10 1.89 2.08
20 1.94 2.27
30 1.96 2.45
40 2.01 2.6
.Para este experimento utilizamos la pantalla de 7
segmentos que se requiere en la lista de materiales y
notamos que tienen 7 segmentos y un punto decimal a
la derecha. Para poderlo energizar tenemos que conocer
su configuración interna la cual se expresa en el
siguiente diagrama.
.
Armamos el circuito que se muestra en la figura:
Observamos en el diagrama que de la fuente que esta regulada
a 5 V va conectada una resistencia de 220 Ω y luego en serie
va al terminal 3 que energiza todas los segmentos de la pantalla
y dependiendo que segmento deseamos que se encienda la
conectamos a tierra con lo cual podemos realizar diferentes
convecciones que nos que como resultado que los segmentos
encendidos nos formen números y letras.
.
Es así que para que los
segmentos en la pantalla formen
un 0 cuando están encendidos
deben estar aterrizados los
segmentos
A;B;C;D;E;F(2,4,5,7,9,10)
Para el numero 1 los
terminales a conectados a
tierra son B; C (5,7)
.
Para el números 2 tenemos a
tierra los terminales
A;B;G;D;E(,1,4,5,9,10)
Para que aparezca en la
pantalla el 3 tenemos que
aterrizar las terminales
A;B;C;D;G(1,4,5,7,9)
.
Para el número 4 tenemos la
siguiente configuración: B; C;
F; G (1, 2, 5,7)
Para formar un 5 en la
pantalla los terminales a tierra
son: A; C; D; F; G (1, 2, 4,
7,9)
.
En el numero 6 tenemos
A,C;D;E;F;G(1,2,4,7,9,10)
Par obtener el numero 7
tenemos que conectar a
tierra A; B; C (4, 5,7)
.
El numero 8 esta dado con la
puesta a tierra de
A;B;C;D;F;G(1,2,4,5,7,9,10)
Aparece el numero 9 en la
pantalla cuando aterrizamos
A;B;C;D;F;G ( 1,2,4,5,7,9)
.
Por ultimo si queremos que se encienda el punto decimal
aterrizamos a tierra el terminal 6
.Para este experimento necesitamos el diagrama interno
del optoacoplador 4N26:
Luego armamos el circuito que se presenta en la
grafica:
En la grafica observamos que la fuente regulable a
alimenta a una resistencia de 220 Ω y en serie con u
diodo el cual esta conectado de forma inversa a la
fuente, a continuación conectado en paralelo el pin 1 y 2
del optoacoplador en paralelo con el diodo.
.
Del pin 5 del optoacoplador va
conectado una resistencia de
220 Ω en serie y esta va a dar
a la parte positiva de la fuente
fija de 16 V. el pin 4 esta
conectado a tierra de al negativo
de la fuente fija .
Utilizamos dos voltímetros para
medir el voltaje de la fuente
regulable, y el otro lo ponemos
en paralelo a la salida de los
pines 4 y 5 cuyo voltaje que se
marque se la designara como
voltaje de salida.
.
Ajustamos la fuente regulable a
2 V y medimos el voltaje de
salida y nos da 15.35 V
(3.05mA)
Ajustamos el voltaje de la
fuente regulable en 4 V y
tenemos un voltaje de salida de
11.27 v (21.7mA)
.
Aumentando el voltaje de la
fuente regulable a 6 V tenemos
un voltaje de salida de 10. 35 V
(25.8mA)
Un voltaje de 8 V en la fuente
ajustable tenemos un voltaje
de salida de 9.73 V (28.5mA)j
Y al máximo voltaje de nuestra fuente ajustable, 8.90 V, nos da
un voltaje de salida de 9.64 v (29.2mA)
.
Vs V Vsal V
2 14.7 v (5.8mA)
4 11.21v (21.5mA)
6 10.24v (26mA)
8 9.7v (28.1mA)
10 9.2v (30.1mA)
12 9.02v (31.1mA)
14 8.8v (52.2mA)
.
A,B ,C,D,E,F (2,4,5,7,9,10)
B,C (5,7)
A,B,G,D,E(1,4,5,9,10)
A,B,G,C,D(1,4,5,7,9)
F,G,B,C (2,1,5,7)
A,F,G,C,D(1,4,7,9)
A,F,G,C,D,E(1,2,4,7,9,10)
A,B,C (4,5,7)
A,B,C,D,E,F,G(1,2,4,5,7,9,10)
A,B,C,D,F,G(1,2,4,5,7,9)
6
.
Al observar los datos de la tabla de datos de los LED
rojo y verde, comprobamos que se cumple lo
anteriormente dicho con respecto a la caída de voltaje
de los LEDS, que se ubican entre 1.5 y 2.5 V. en este
caso para los rojos los LED rojos presentan mayor
caída de tensión con respecto a los LEDS de color
verde.
También observamos que al aumentar la intensidad de
corriente la luminosidad del LED aumenta tanto en los
de color rojo como en los de color verde
:
.
Es posible desplegar números y letras y otros
símbolos siempre y cuando se conozcan la
configuración interna de la pantalla.
Para proyectar números y letras así como signos al
energizar el ánodo , solo hay que aterrizar a tierra los
segmentos que deseamos que se enciendan •
En el experimento de el optoacoplador mientras mayor
sea el voltaje de la fuente regulable, menor será el
voltaje de salida , con lo que se cumple la formula
Vsal =V ss –IR2
l
:
. Mientras mayor sea la intensidad luminosa del LED
en el interior del optoacoplador , mayor será la
corriente que circule por el fotodiodo el cual al
multiplicarlo por la resistencia y restarlo con la
fuente fija que alimenta esta parte del circuito
producen la caída del voltaje que se expresa en la
tabla de datos
:
.
Precisión al identificar el ánodo y el cátodo en el LED
Tener mucho cuidado con la polarización inversa del
diodo de protección del LED, ya que si por accidente
aplicamos un voltaje inverso mayor de 3 V lo podemos
destruir o degradar sus características.
El voltaje del diodo de protección de 0.7 evita que el
voltaje inverso del LED , rebase el valor de 3 V
:
. Identificar el ánodo y el cátodo en la pantalla de 7
segmentos , para así energizarlo adecuadamente y
que trabaje sin ningún problema
Tener en cuenta la configuración de los pines en el
optoacoplador para no equivocarse con las entradas y
salida del optoacoplador
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