Tema: Componentes Opto electrónicos

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Facultad
Escuela
Lugar de Ejecución
Bioinstrumentacion
: Ingeniería.
: Biomédica
: Laboratorio de Biomédica
Tema: Componentes Opto electrónicos
Objetivos
-
Definir el funcionamiento de los diodos emisores de luz (LED)
-
Calcular parámetros de polarización en los diferentes circuitos
-
Elaborar la curva Voltaje / Corriente del LED
-
Analizar el diodo LED en régimen impulsivo
-
Definir el funcionamiento de los diodos emisores de luz en el campo infrarrojo (IRED)
-
Definir el funcionamiento del Fotodiodo, Fototransistor y Foto acoplador.
-
Describir el funcionamiento de los circuitos de transmisión y recepción utilizando fibra
óptica, para la transmisión de señales digitales y analógicas.
Actividad Preliminar
Cuales son Los componentes opto electrónicos
Materiales y Equipo
Tarjeta de Evaluación MCM-B6/EV
Multímetro
Fuentes de Alimentación PS-1
Recomendaciones
Bibliografía
Tenga orden y aseo para trabajar
Guía 1
Siempre que tenga duda del procedimiento a realizar, consúltelo con el docente.
Todas las piezas y componentes que se quiten se deben de ir guardando en forma ordenada
Siempre anote lo que haga, aún lo mas irrelevante, ya que al final cuando el sistema se tiene
desensamblado se vuelve complejo.
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Bioinstrumentacion
Al finalizar el laboratorio se debe dejar en la misma ó mejor condición en que se encontró,
aún los accesorios y herramientas utilizadas.
Procedimiento
PARTE I. Diodo Emisor de Luz (LED).
Detección de la curva característica Voltaje / Corriente del diodo
LED.
1. Conecte el miliamperímetro entre los punto 1 y 2, como lo muestra la
figura.
2. Conecte el voltímetro digital entre el ánodo del LED y tierra.
3. Girar el potenciómetro P1 en la posición de máxima luminosidad del
diodo.
4. Mover gradualmente el potenciómetro detectando el valor de la
corriente y la tensión en el diodo LD1.
5. Apuntar los datos detectados en la tabla 1.
6. Con los datos anteriores, grafique la curva característica del LED
7. Desarrolle las mediciones anteriores en los LED LD2 de luz amarilla y LD3 de luz
roja.
TABLA 2 Voltaje y corriente LD2 TABLA 3 Voltaje y corriente LD3
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Bioinstrumentacion
Análisis del diodo LED en régimen impulsivo.
8. Hágase referencia al circuito de la figura siguiente:
9. En el módulo está incorporado un oscilador con duty-cycle (Relación entre el tiempo en Alto
y el tiempo de Bajo de la señal) variable que permite la generación de las señales de mando
del transistor T1 que gobierna el LED LD4.
10. Conecte el puente J8.
11. A través de los puentes J1,...., J6 es posible seleccionar tres valores diferentes del duty- cycle:
J1, J4 ON Duty-Cycle = 50%
J2, J5 ON Duty-Cycle = 25%
J3, J6 ON Duty-Cycle = 10%
12. Ilustre la señal en el pin 3 del NE555 para cada una de las combinaciones antes
mencionadas. Verifique el duty cycle.
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Bioinstrumentacion
13. Desconecte el puente J8 y en su lugar conecte a J7. Describa lo que ocurre con el
diodo LED y explique la razón de tal comportamiento.
14. Realice el mismo procedimiento entre J7 y J9. Describa lo que ocurre con el diodo LED
y explique la razón de tal comportamiento.
PARTE II. Fotodiodo, Fototransistor y Foto Opto- acoplador.
Detección de la corriente inversa en el fotodiodo en función de la luminosidad.
1. Si no se dispone de un medidor de luminosidad
se puede, con cierta aproximación, considerar la
corriente inversa en el LED proporcional a la
luminosidad. La distancia entre el fotodiodo y el
LED es de alrededor de 20 mm.
2. Es evidente que si se cambia la distancia,
cambiarán los valores de corriente en el
fotodiodo a partir de la corriente circulante en el
LED. El esquema al que se hace referencia se
muestra en la siguiente figura:
3. Inserte el miliamperímetro entre los puntos 8 y 9.
4. Conectar el voltímetro entre el punto 10 y tierra.
5. Para evitar la influencia de la luminosidad
exterior se aconseja cubrir con una hoja de papel
el fotodiodo.
6. Comenzando por la mínima luminosidad emitida
por el diodo LED LD5, aumentar de manera gradual la luminosidad (luego, la
corriente en el miliamperímetro), y medir la corriente y la tensión.
7. Sabiendo que R17 vale 100 K_, calcular el valor de corriente que circula en el
fotodiodo (para cada valor de tensión medido).
8. Apuntar los datos detectados en la tabla 4.
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Análisis del funcionamiento del fototransistor.
9. Insertar el miliamperímetro entre los puntos 11 y 12.
10. Conectar entre sí los puntos 13 y 14.
11. Mantener desconectado el puente J11.
12. Conectar el voltímetro digital entre el punto 15 y
tierra.
13. Para evitar la influencia de la luminosidad exterior,
se aconseja cubrir con una hoja de papel el
fototransistor.
14. Poner el potenciómetro P7 en una posición
correspondiente entorno a su valor medio.
15. Comenzando por la mínima luminosidad emitida
por el diodo LED LD6 (corriente mínima en el
miliamperímetro), aumentar de manera gradual la
luminosidad,
es
decir,
la
corriente
en
el
miliamperímetro en serie a LD6 y mida los valores
de Voltaje entre colector y emisor, y Corriente a
través del fototransistor.
16. Insertar ahora el puente J11.
Bioinstrumentacion
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Bioinstrumentacion
17. La conexión de este puente provoca la conexión del potenciómetro P6, luego una variación de
la polarización del transistor y consecuentemente de su sensibilidad.
18. Varíe el potenciómetro P6 a su posición media. Repita las mediciones del paso 15, y anote los
resultados en la tabla 5
Análisis del funcionamiento del foto Opto- acoplador.
19. Inserte el puente J13 para habilitar el gobierno en
régimen impulsivo del Foto acoplador, con ello, la
señal impulsiva procedente del generador constituida
por IC1 es enviada a la entrada del foto acoplador
20. Realice una medición simultánea de la señal
procedente de IC1 y la señal de salida del foto
acoplador e identifique las diferencias y similitudes
entre ambas.
21. Probar ahora a variar el potenciómetro P8 en serie con
el circuito de entrada del foto acoplador.
22. La variación del potenciómetro provoca una variación
de la corriente que circula en el diodo de entrada del
fotoacoplador.
¿Qué
provoca
este
cambio
de
corriente? .
23. Conectar el puente J12 habilitando así la intervención del potenciómetro P9 que suministra
una polarización en la base del transistor.
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Bioinstrumentacion
24. Varíe el potenciómetro P9, junto con P8, y controlar su influencia sobre la señal en el punto
16. ¿Qué provoca la variación de la resistencia de polarización de la base del fototransistor en
el interior del foto opto acoplador?.
PARTE III. Fibras Ópticas.
1. Para el estudio de la transmisión de la señales ópticas a través de una fibra se utiliza la
sección del módulo para tal efecto.
2. El LED emisor TX está montado en un conector que facilita la conexión, con la fibra.
3. El cable óptico esta constituido de una fibra óptica sintética, de tipo de salto de índice (stepindex), con atenuación de 250 dB/Km a 600 nM, el diámetro total del cable es de 2.2 mm, la
cubierta es de PVC.
4. En la recepción la fibra se conecta a través de otro conector, con el detector óptico constituido
por un fototransistor RX utilizado como fotodiodo (se usa la unión colector-base).
5. El gobierno de TX se realiza mediante el transistor T3.
6. A través del potenciómetro P13 puede variarse la corriente en el LED transmisor.
7. La señal de entrada puede ser de dos tipos:
-
ANALÓGICA: en este caso tiene que enviarse al borne 21 (efectuar la conexión del
puente J17).
-
DIGITAL: en este caso tiene que enviarse al borne 20 cortocircuitando la resistencia
R34 con el puente J18.
8. La señal, al final de la transmisión en la fibra, está disponible en el borne 22.
Detección de la señal en RX en función de la corriente en Tx a través de la fibra.
9. Conecte el puente J17.
10. Inserte el cable óptico en los conectores (TX y RX).
11. Cortocircuite la resistencia R34 con el puente J18.
12. Gire totalmente el potenciómetro P14 (perilla girada en el sentido contrario al de las agujas
del reloj).
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Bioinstrumentacion
13. Reduzca el valor de P13 gradualmente de modo que se midan los valores de tensión en los
extremos de R33, como se muestra en la columna respectiva de la siguiente tabla, a los que
correspondan valores de corriente como se muestra en la columna 2 (por ser R33=200_).
14. Medir en correspondencia de la tensión de salida en el borne 22 y apuntar los valores en la
última columna de la tabla 6.
15. Determine la linealidad existente entre VR33 e ITx.
Análisis de Resultado
Guía 3
a. Presente las graficas y valores obtenidos en la práctica y explíquelos detalladamente
Guía 4 b. Presente los cálculos matemáticos que expliquen los diferentes circuitos de
polarización utilizados
fía
c. Indique la razón para el uso de diferentes configuraciones en el circuito transmisor
(Fibra Óptica), si la señal es analógica o digital.
Investigación complementaria
-
Investigue acerca del uso de la Fibra Óptica en la práctica médica.
-
Simule Algunas aplicaciones de Los componentes opto electrónicos
-
Diseñe e implemente un detector de al menos tres colores.
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Bioinstrumentacion
Bibliografía
1. Design of biomedical devices and systems, autor: King, Fries (2009), código biblioteca:
610.284 K54 2009.
2. Introduction to biomedical engineering, autor: Enderle- Bronzino (2005), código
biblioteca: 610.28 I47 2005
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Hoja de cotejo:
Docente:
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Máquina No:
Guía __: Desarrollo y Act. Complementaria
GL:
Tema: Presentación del programa
Alumno:
Mesa No: a
Alumno:
Docente:
Máquina No:
GL:
Docente:
GL:
Fecha:
EVALUACION
%
CONOCIMIENTO
20%
5-7
8-10
Conocimiento
deficiente de los
fundamentos
teóricos
Conocimiento y
explicación
incompleta de los
fundamentos
teóricos
Conocimiento
completo y
explicación clara
de los
fundamentos
teóricos
15%
Es un Observador
Pasivo.
Participa
Ocasionalmente o
lo hace
constantemente
pero sin
coordinación con
sus compañeros de
Puesto de trabajo.
Participa
propositiva e
integralmente en
toda la Practica.
15%
Es Ordenado pero
no hace un uso
adecuado de los
Recursos
Hace un Uso de
Recursos
respetando las
pautas de
seguridad, pero es
desordenado
Hace un manejo
responsable y
adecuado de los
Recursos de
conformidad a
pautas de
seguridad e
Higiene
(Aberturas,
Velocidades, etc.)
APLICACIÓN
DEL
CONOCIMIENTO
1-4
15%
15%
20%
ACTITUD
Trabajo en
equipo
Responsable:
Guías de lab.
Manejo de
Recursos: Actividad
requerida para la
práctica
Análisis
TOTAL
100%
Nota