CIRCUITOS ELECTRÓNICOS, DIODO LED Objetivo Aplicar los

[LABORATORIO DE ELECTONICA DIGITAL]
Cód. 250243
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: 220 Ohm, 10 K Ohm y 100 K Ohm, o valores aprox. (1/8 Watt)
? 1 condensador electrolítico de 10 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:
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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 10 hasta 20 mA en los diodos de color rojo, y de 20 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)
Rojo e
infrarrojo
890nm
Arseniuro fosfuro de
galio (GaAsP)
Rojo, naranja
y amarillo
630nm
Fosfuro de galio (GaP)
Verde
555nm
Nitruro de galio (GaN)
Verde
525nm
Seleniuro de zinc (ZnSe)
Azul
Nitruro de galio e indio
Azul
450nm
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(InGaN)
Carburo de silicio (SiC)
Azul
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
Rojo
Rojo alta luminosidad
Amarillo
Verde
Verde alta luminosidad
Naranja
Blanco brillante
Azul
Azul 430nm
Blanco
1.6 V
1,9V
2.4V
2,4V
3,4V
1.7V
3,4V
3,4V
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 10 mA para LEDs de baja luminosidad y 20mA 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
Rojo
Verde
Amarillo
Naranja
Caída de tensión
( VLED ) V
1.6
2.4
2.4
1.7
Intensidad máxima
( ILED ) mA
20
20
20
20
Intensidad media
( ILED ) mA
15
11
10
10
Tabla. Caída de tensión e intensidad media para Vcc=5Vdc
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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
0.015 A
Utilizaremos una resistencia normalizada (comercial) de valor 220 Ohm, con esta resistencia
la intensidad real que circulará es de 15.45 mA valor lo más próximo al teórico.
Utilizando la Ley de Joule para el cálculo de potencia en la resistencia limitadora, se tiene: P
= 0.0525 W, es decir, 52.5 mW; por tanto, basta con utilizar una resistencia de 1/8 de vatio
(125 mW) de 220 Ohm, en serie con el diodo LED.
Valores Comerciales de Resistencias
Multiplicador
4.
X 0.1
X1
X 10
X 100
X 1000
X 10000
NEGRO
MARRON
ROJO
NARANJA
AMARILLO
1
10
100
1000
10000
100000
1.2
12
120
1200
12000
120000
1.5
15
150
1500
15000
150000
1.8
18
180
1800
18000
180000
2.2
22
220
2200
22000
220000
2.7
27
270
2700
27000
270000
3.3
33
330
3300
33000
330000
3.9
39
390
3900
39000
390000
4.7
47
470
4700
47000
470000
5.6
56
560
5600
56000
560000
6.8
68
680
6800
68000
680000
8.2
82
820
8200
82000
820000
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:
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Diodo
Voltaje
en R
Voltaje
en Diodo
I mA
(calculado)
R diodo
(Ohm)
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P LED mW
(calculado)
Rojo
Verde
Amarillo
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)
555
5.
Análisis
6.
Síntesis
7.
Bibliografía
10
100
C1
Frecuencia
Periodo T
(micro F)
(Hz)
10
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