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DETECTOR AUTOMÁTICO DE INTENSIDAD LUMÍNICA

PRESENTADO POR:

JORGE ARMANDO MUÑOZ ORDOÑEZ

jorgemo@unicauca.edu.coFARID MAURICIO JIMENEZ JIMENEZ

farid@unicauca.edu.co

PRESENTADO A:

ING. JEISON TACUÉ GONZÁLEZ

FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES

LABORATORIO DE ELECTRÓNICA I

UNIVERSIDAD DEL CAUCA

POPAYAN-CAUCA

08/2015

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Tabla de contenido

PA

G

1. PORTADA…………………………………………………………………….1

2. TABLA DE CONTENIDO…………………………………………………….2

3. OBJETIVO GENERAL ………………………………………………………3

4. OBJETIVOS ESPECIFICOS ………………………………………………..3

5. REQUERIMIENTO Y APLICACIONES DEL SISTEMA…….……………3

6. JUSTIFICACION TEORICA…….………………….…………………..……4

7. DIAGRAMA ELECTRICO TOTAL…….………………….…………………5

8. CALCULO DE COMPONENTES…….…...…………….…………………..6

9. LISTADO DE ELEMENTOS ELECTRICOS…….………………….…...…8

10. CARACTERISTICAS DE LOS ELEMENTOS…….………………….……8

11. SIMULACION DEL CIRCUITO…….………………….……………………

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12. ANALISIS DE PROBLEMAS Y SOLUCIONES…….

…………………….11

13. RESULTADOS Y DATOS…….………………….………………….

……...12

14. CONCLUSIONES Y REFERENCIAS ………….………………….….

…..14

15. IMÁGENES………………………………………………………………….15

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OBJETIVO GENERAL

Diseñar e implementar un circuito de iluminación por medio de la teoría y práctica de electrónica básica.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Dar a conocer los aspectos teóricos y fundamentales del sistema de intensidad lumínica.

Comprender el manejo de cada elemento dentro del circuito a implementar. Explicar mediante programa de software el funcionamiento del circuito a

realizar (Isis).

REQUERIMIENTOS Y APLICACIONES

requerimientos

Para la utilización de esta práctica se implementa los siguientes elementos: resistencias, fotocelda o foto-resistor, fuente de voltaje, transistor NPN, potenciómetro, diodos rectificadores, diodos led.

El transistor que tiene la función de región activa, región de corte y Saturación. Para este caso manejaremos la región de Saturación, que son las uniones del emisor y colector del transistor (Q) que están en polarización directa, esto pasa ya que la caída de tensión entre el colector y emisor son muy bajas por lo cual la corriente colector-emisor es máxima.

En consecuencia se conecta una resistencia y un diodo led (Azul) en serie al terminal del emisor del transistor. Y así implementaremos el circuito de intensidad lumínica conectando 8 ramificaciones en paralelo, donde se le adhiere un diodo en cada nodo con el fin de disminuir el voltaje en cada rama y así poder controlar la intensidad de luz en cada led.

Controlaremos la caída de voltaje en la base del transistor para así aumentar o disminuir la corriente de colector, utilizando una fotocelda que manipule la luz aumentando o disminuyendo su resistencia, así con esto variar el voltaje que llega a la base del Q, la funciones de la misma son: a mayor luz menor resistencia y menor luz mayor resistencia(R<Luz; luz<R). También conectaremos un potenciómetro de valor muy bajo y así poder regular su estado, con el objetivo de que en ciertos lugares oscurecen a diferentes horarios.

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aplicaciones

Este proyecto se ve implementado en el alumbrado público, manejado en lámparas que detectan la presencia de luz obteniendo un encendido y apagado automático.

También se podría realizar en los parqueaderos para poder evitar el exceso de consumo de energía, donde su función se aplica a la presencia de luz de un carro, así encendiendo las lámparas que guíen mejor su camino.

Otra de sus aplicaciones es en robótica, como la de un robot seguidor de luz. Que su dirección y sentido es controlado a través de la luminosidad. Ejemplo un mini carro que sigue la trayectoria de incandescencia producida por una linterna.

JUSTIFICAION TEORICA

Para realizar el montaje detector automático de intensidad lumínica se utilizaron las siguientes condiciones iniciales

Se asumió un voltaje de salida de 10v, las corrientes circulantes en cada ramificación se obtuvieron a partir de los leds escogidos para realizar la práctica, que en este caso fueron leds azules con las siguientes especificaciones:

Voltaje led = 3 voltios

Corriente led = 15mA

Uno de los principales fundamentos para que llegue un corriente mínima para encender los leds, es que en el transistor este en región de saturación, en consecuencia de que habrá una corriente máxima y un voltaje mínimo que fluye del colector a emisor, de este modo se forma un circuito abierto en la base, dando paso a la corriente colector-emisor.

Para este circuito se llegó a la conclusión planteando la malla entrada, tomando la resistencia de la fotocelda infinita que se podría simular como circuito abierto, por lo cual quedaría la fuente de voltaje en serie con el potenciómetro, Q, RL (resistencia y led). Por consecuente la resistencia del potenciómetro debe tomar un valor mínimo para que de paso a una mayor corriente hacia el Q.

Ya obtenido la corriente debemos proteger el diodo led con una resistencia que disminuya el voltaje por esa rama, en la siguiente malla se adhiere un diodo que minimice el voltaje para el siguiente arreglo, así hasta completar los 8 leds, con el fin de que al disminuir el voltaje del Q el ultimo led no le llega el suficiente voltaje y su corriente no es necesaria para encender el led.

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DIAGRAMA ELECTRICO TOTAL

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CALCULO DE COMPONENTES

Considerando que la fotocelda y potenciómetro idealmente se toma la resistencia

como nula, así procedemos a calcular R1 realizando el cálculo de la malla obtenida:

V cc−V BE−V L+V R1=0

V cc−V BE=I 1R1+V L1

R1=V cc−V BE−V L1

I

R1=10.5V−0.7V−3V

15mA

R1=453,3Ω

V R(n−1)+V L=V D+V Rn+V L

V R(n−1)+V L=V D+ I n Rn+V L

Formula general para calcular las resistencias (r2 a r8), tomando el voltaje en el diodo como 0,6V.

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Rn=I∗R (n−1)−V D

I

Calculo de R2

R2=453.3Ω∗15mA−0.6V

15mA

R2=413Ω

Calculo de R3

R3=413Ω∗15mA−0.6V

15mA

R3=373Ω

Calculo de R4

R4=373Ω∗15mA−0.6V

15mA

R4=333Ω

Calculo de R5

R5=333Ω∗15mA−0.6V

15mA

R5=293Ω

Calculo de R6

R6=293Ω∗15mA−0.6V

15mA

R6=253,3Ω

Calculo de R7

R7=253,3Ω∗15mA−0.6V

15mA

R7=213Ω

Calculo de R8

8

R8=213Ω∗15mA−0.6V

15mA

R8=173.3Ω

LISTADO DE ELEMENTOS ELECTRICOS

8 Leds Azules 7 Diodos 1N4004 1 transistor 2N2222A Una fotorresistencia Potenciómetro de 1k 1 protoboard de dimensiones 13cmX17.3cm 8 resistencias con sus respectivos valores

LISTADO DE ELEMENTOS Columna1 Columna2 Columna3

ELEMENTO VALOR CANTIDAD TOLERANCIARES 1 470 1 5%RES 2 390 1 5%RES 3 330+39 1 5%RES 4 330 1 5%RES 5 300 1 5%RES 6 220+33 1 5%RES 7 180+30 1 5%RES 8 150 1 5%

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Tabla 1: valores de las resistencias

CARATERISTICAS DE LOS ELEMENTOS

RESISTENCIA: Las características más importantes de las resistencias, también llamadas resistores, son: Valor nominal: Es el valor en Ohms que posee. Este valor puede venir impreso o en código de colores. Tolerancia: Es el error máximo con el que se fabrica la resistencia. Esta tolerancia puede ser de +-5% y +-10%, por lo general. Potencia máxima: Es la mayor potencia que será capaz de disipar sin quemarse.

TRANSISTOR 2N2222A: Las principales características de este transistor son:

Voltaje colector emisor en corte 60v (Vceo) Corriente de colector constante 800mA(Ic) Potencia total disipada 500mW (Pd) Ganancia 35 mínima Frecuencia de trabajo 250 Mhz Encapsulado de metal TO-18 Estructura NPN Su complemento PNP es el transistor 2N2907

POTENCIOMETRO: Resistor variable de 1 kohms como impedancia máxima

FOTORESISTOR: Un fotorresistor está hecho de un semiconductor de alta resistencia como el sulfuro de cadmio, CdS. Si la luz que incide en el dispositivo es de alta frecuencia, los fotones son absorbidos por la elasticidad del semiconductor dando a los electrones la suficiente energía para saltar la banda de conducción. El electrón libre que resulta, y su hueco asociado, conducen la electricidad, de tal modo que disminuye la resistencia. Los valores varían entre 1 MΩ, o más, en la oscuridad y 100 Ω con luz brillante. Las células de sulfuro del cadmio se basan en la capacidad del cadmio de variar su resistencia según la cantidad de luz que incide la célula. Cuanta más luz incide, más baja es la resistencia. Las células son también capaces de reaccionar a una amplia gama de frecuencias, incluyendo infrarrojo (IR), luz visible, y ultravioleta (UV). 

DIODO LED AZUL: Sus principales características de este diodo es su tamaño que está formado por un diámetro de5mm, su longitud de onda es 470 nm, y su luminosidad es de 1 mcd 60°.

DIODO RECTIFICADOR 1N4004: sus principales características son:

Corriente en directo Max.: 1A Corriente pico en directo (8.3ms): 30A Voltaje en directo Max. (@ 1A): 1.1V Voltaje DC inverso Max.: 400V

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Encapsulado: DO-41

FUENTE DE VOLTAJE: las características de una fuente de alimentación es su potencia. Esta viene expresada en vatios e indica la capacidad para alimentar más dispositivos o de mayor consumo, también la tensión soportada, así como la frecuencia de la misma. Otro aspecto a tener es la protección contra cortocircuitos y subidas de tensión, aunque sin un buen estabilizador de tensión es difícil obtener una buena protección.

SIMULACION DEL CIRCUITO

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ANALISIS DE PROBLEMAS

Para la realización del circuito iniciamos con una fuente de 12 voltios, un potenciómetro de 10 k, un led azul de 3 v, y una fotorresistencia.

A partir de los anteriores datos se procedió a realizar cálculos teóricos del circuito para posteriormente hacer el montaje y simulación en proteus y así finalmente montarlo físicamente en el laboratorio. Una vez empezado a poner en funcionamiento se reflejó lo siguiente:

En el momento en el que no había intensidad lumínica en las fotorresistencias del circuito, se observó que los últimos led del montaje no quería encender. Por ello optamos por ingresar a un cuarto totalmente oscuro en busca de que los 8 led encendieran, el resultado de esto fue satisfactorio puesto que pudimos montar el circuito sin necesidad de un rayo de luz.

Por consiguiente el anterior problema se debía también a que el potenciómetro que habíamos tomado de 10 k era de un nivel de resistencia muy elevado, esto impedía que los últimos cuatro led no se encendieran debido a que la corriente se reduce a tal punto que a los últimos led no les llegaba la corriente necesaria para su funcionamiento, además de que las conexiones que realizamos estaban en serie y eso afecto en el momento de tener una buena conducción. Ante esta situación tomamos el potenciómetro de un valor más bajo que en este caso fue de 1k, esto con el objetivo de tener una conexión en perfectas condiciones.

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También observamos que los valores de la resistencias no podían ser tomadas cercanas al valor establecido puesto que si lo realizábamos con ese valor no se obtendría un nivel de corriente adecuado para que alcanzara a cubrir todos los led, por esa razón se optó por realizar los cálculos mediante ecuaciones para poder hallar los valores, una vez obtenidos los resultados de resistencia se procedió a montarlos en el circuito, obteniendo una buena iluminación de todos los led.

Por último optamos por realizar este experimento con una fuente de poder de 10.5 voltios, debido a que el valor del voltaje de la fuente es apropiado para ello, por esa razón no hubo necesidad de utilizar una fuente de 12 voltios en la práctica de electrónica “detector de intensidad lumínica”.

RESULTADOS Y DATOS

En las siguientes tablas tomamos algunos datos graduando el potenciómetro y la fotocelda expuesta a luz del día para comprobar los valores de funcionamiento del circuito bajo estas condiciones de uso. Los cuales consideramos son las condiciones prácticas para un circuito de estas características:

RES TEORICO MEDIDO

R1 453 459R2 413 391R3 373 368R4 333 327R5 293 289R6 253 249R7 213 209R8 173 145

Tabla 2: valores de las resistencias

Tabla 3: valores del voltaje de las resistencias

RESV-RES TEORICO V-RES MEDIDO

R1 6,8 6,31R2 6,2 5,53R3 5,6 4,79R4 5 4,08R5 4,4 3.37R6 3,8 2,61R7 3,2 1,85R8 2,6 1,21

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ILEDVALOR TEORICO

VALOR MEDIDO

IL1 15 13,5IL2 15 13,9IL3 15 12,8IL4 15 12,1IL5 15 11,3IL6 15 10,1IL7 15 8,9IL8 15 8,4

Tabla 4: valores de corriente en los led

Vled = 2,76 a 2,80IC MAX =83,4IC MIN=34,9IE MAX=90,7IE MIN=37,1IB MAX=10,2IB MIN=2,2Vcc=10,56

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CONCLUSIONES

Observamos que los resultados prácticos son diferentes en un tanto por ciento de error a los resultados teóricos en nuestro circuito esto debe a que no contamos con el valor exacto de las resistencias.

Se refuerza el conocimiento sobre las diferentes regiones en las que trabaja el transistor, en especial la región de saturación y la región de corte.

La simulación previa del circuito es muy importante para la eficiencia en la realización de la práctica.

El potenciómetro nos permite calibrar y variar la sensibilidad del circuito Es importante tener en cuenta el valor de la resistencia del potenciómetro ya

que para este circuito se encuentra en serie en la malla de entrada, por lo tanto el valor debe ser mínimo.

REFERENCIAS

http://www.academia.edu/11291928/Detector_de_Intensidad_Lum%C3%ADnica_Luminic_Intensity_Detector_

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