[LABORATORIO DE ELECTONICA DIGITAL] Cód. 250243

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Laboratorio electrónico Nº 3

CIRCUITOS ELECTRÓNICOS, DIODO LED

Objetivo

9 Aplicar los conocimientos de circuitos electrónicos9 Familiarizarse con los dispositivos y componentes electrónicos

-Objetivo específico

9 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.

Para obtener una buena intensidad luminosa debe escogerse bien la corriente que atraviesa el LED; el voltaje de 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 deconducción (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 ColorLong.

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

A C

Representación simbólica del diodo LED

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(InGaN)

Carburo de silicio (SiC) Azul 480nm

Diamante (C) Ultravioleta

Silicio (Si) En desarrollo

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 1.6 VRojo alta luminosidad 1,9VAmarillo 2.4VVerde 2,4VVerde alta luminosidad 3,4VNaranja 1.7VBlanco brillante 3,4VAzul 3,4VAzul 430nm 4,6VBlanco 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:

ColorCaída de tensión

( VLED ) VIntensidad máxima

( ILED ) mAIntensidad media

( ILED ) mARojo 1.6 20 15Verde 2.4 20 11Amarillo 2.4 20 10Naranja 1.7 20 10

Tabla. Caída de tensión e intensidad media para Vcc=5Vdc

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Ley de Joule:

Potencia = I2 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 VR = ---------------- = 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.

4. 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:

X 0.1 X 1 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

Multiplicador

Valores Comerciales de Resistencias

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b) Armar el siguiente circuito y calcular la frecuencia y periodo T, de la señal de salida (patilla 3, Out):

5. Análisis

6. Síntesis

7. Bibliografía

DiodoVoltaje

en RVoltaje

en DiodoI mA

(calculado)R diodo (Ohm)

PLED mW (calculado)

Rojo

VerdeAmarillo

Timer R 1 (KOhm) R 2 (KOhm)C 1

(micro F)Frecuencia

(Hz)Periodo T

555 10 100 10