Prácticas DOE

Dispositivos Optoelectrónicos Alejandro Casal Da Silva

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Dispositivos

Optoelectrónicos

Memoria de prácticas

Alejandro Casal Da Silva 47362793-C


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ÍNDICE 1. LEDs y LDRs………………………………………………………….p.3 1.1. Fuente simple de corriente para LED…………………………p.3 1.2. Funcionamiento de una LDR…………………………………p.5 2. LEDs y fotodiodos……………………………………………………..p.7 2.1. Fotodiodo PIN en modo fotovoltaico…………………………p.7 2.2. Fotodiodo PIN en modo fotoconductivo……………………...p.9 3. Modulación óptica. Fotodiodo vs. Fototransistor…………………….p.12 3.1. Modulación óptica con IRED y fototransistor………………p.12 3.2. Fotodiodo vs. Fototransistor…………………………………p.13 4. Optointerruptores……………………………………………………..p.15 4.1. Optointerruptor transmisivo…………………………………p.15 4.2. Sensor óptico basado en optointerruptor transmisivo……….p.16 4.3. Sensor óptico basado en optointerruptor reflectivo………….p.16 5. Fibra óptica…………………………………………………………...p.18 5.1. Emisor de fibra óptica……………………………………….p.18 5.2. Receptor de fibra óptica……………………………………..p.18 5.3. Sistema completo……………………………………………p.19 6. Sensor de color……………………………………………………….p.21


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PRÁCTICA 1. LEDs y LDRs En esta primera práctica, el objetivo es comprobar el funcionamiento básico de dos dispositivos optoelectrónicos elementales: el diodo electroluminiscente (Light Emitting Diode, LED) y la fotorresistencia (Light Dependent Resistor, LDR). 1. Fuente simple de corriente para LED El circuito básico de excitación del LED para este primer apartado es el siguiente:

Figura 1.1. Control de la corriente de un LED mediante transistor.

La señal de entrada será un tren de impulsos de 1 KHz cuya tensión de pico iremos variando progresivamente. Re será de 330 ohmios y el LED es de color rojo (HLMP-ED). Obtenemos los siguientes resultados.

Ve Vs FI (mA) FV

4 Vp 2.8 Vp 3.91 1.59 8 Vp 6.24 Vp 9 1.66

10 Vp 8.4 Vp 11.74 1.86 Tabla 1.1. Corriente y tensión en un LED para distintas amplitudes de entrada.

Realizando las siguientes aproximaciones

Re7.0

VeII EC

Para el primer caso, la corriente que circula por el diodo deberían ser unos 10 mA, 22 mA en el segundo y 28 mA para el tercero. Estos valores son ligeramente superiores a los obtenidos en las medidas, porque en nuestra aproximación no estamos teniendo en cuenta la resistencia de base. Por ello, los cálculos indican que Vs debería ser Ve menos 0.7 voltios, y en realidad es menor, porque en esa resistencia de base se pierde un poco. Al ser Vs menor de lo calculado, también será menor la corriente de emisor y por tanto, la que circula por el diodo.


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Comparando los resultados con las hojas de características:

Figura 1.2. Tensión inversa en el LED indicada por el fabricante.

El fabricante indica que para unos 20 mA de corriente circulando por el diodo, la

tensión típica son 2 V y la máxima 2.4 V. Vemos que en el tercer caso, la corriente es de 11.74 mA y la tensión 1.86 V, luego parece probable que si llevamos la corriente a 20 mA la tensión esté dentro del rango 2-2.4 V.

Observamos ahora Ve frente a Vs para 8 V de tensión de pico. En la parte

superior de la gráfica observamos Ve en rojo con 10 V por división, y en la parte inferior se representa Vs en azul con 5 V por división. En cuanto a la división temporal, habrá 500 microsegundos por división.

Figura 1.3. Entrada al circuito de excitación del LED frente a la salida.

Ahora estudiamos el efecto de la modificación del ciclo de trabajo de la señal Ve. Si reducimos el ciclo de trabajo, disminuye apreciablemente la luminosidad del LED, y esto es obviamente porque el diodo debe conmutar más rápido y no le da tiempo a alcanzar la máxima luminosidad durante el ciclo activo. El siguiente paso será cambiar Re por una de 100 ohmios. El efecto es previsible: al ser la resistencia de emisor aproximadamente 3 veces más pequeña, la corriente que circula por el emisor, y por tanto la que circula por el diodo será


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aproximadamente 3 veces más grande. Por tanto, solo repetimos la medida para el caso de 8 V de pico, obteniendo una los siguientes resultados

Ve Vs FI (mA) FV 8 Vp 6.4 Vp 31.01 1.9

Tabla 1.2. Corriente y tensión cambiando la resistencia de emisor del circuito. Los resultados coinciden con lo que esperábamos. Antes, con 8 V de pico teníamos 9 mA y ahora tenemos algo más de 30. Por otra parte, la tensión del diodo está muy próxima a los típicos 2 V que indica el fabricante en las hojas de características para una corriente de 20 mA. Por último, comenzamos a reducir la frecuencia de la señal de entrada para observar que, aproximadamente a 49.12 Hz, comienza a observarse el parpadeo del LED. 2. Funcionamiento de una LDR Para estudiar el funcionamiento de una LDR, la acoplaremos al circuito del apartado 1, para utilizar el propio LED como fuente de iluminación. Sin embargo, antes de esto realizaremos un estudio de la resistencia aislada, midiendo el valor en condiciones de oscuridad (tapándola lo máximo posible) y con luz ambiente. Obtenemos los siguientes resultados:

Condiciones Resistencia (LDR) Luz ambiente K8.3

Oscuridad M54.0 Tabla 1.3. Valores de LDR para distintas condiciones ambientales.

Tras esto, acoplamos como dijimos, la LDR al circuito con el LED, obteniendo el siguiente circuito:

Figura 1.4. Circuito de detección basado en LDR.

Re valdrá 100 ohmios y RL 1000. Utilizaremos la misma Ve que en el apartado anterior, estudiando en los tres mismos casos la corriente en la resistencia y la tensión de salida (tensión de continua, no de señal), a partir de los cuales podremos calcular el valor de la LDR en cada caso.


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Ve Vs (V) LI (mA) R (LDR)( )

4 Vp 8.61 8.43 402.14 8 Vp 9.22 9.03 307.86

10 Vp 9.39 9.22 283.08 Tabla 1.4. Valores de LDR para distintas amplitudes de la señal de entrada.

Como vemos, los resultados son coherentes con el funcionamiento teórico de una LDR, cuanto mayor es la iluminación que recibe, más disminuye el valor de la resistencia. Por tanto, lo único que nos falta ahora es representar Ve (en rojo, en la parte superior y con 5 V por división) frente a Vs (en azul, en la parte inferior y con 10 V por división), y lo haremos con una división horizontal de 100 ms. Vemos que se trata, por tanto, de bajas frecuencias, para que la LDR pueda seguir las variaciones de la entrada.

Figura 1.5. Entrada al circuito de detección basado en LDR frente a la salida.

Las conclusiones de esta práctica son sencillas: hemos comprobado principios de funcionamiento básico de un LED (tensión y corriente directas, ciclo de trabajo, etc) y de una LDR (menor resistencia cuanta mayor iluminación recibe). Ambos dispositivos nos servirán en prácticas posteriores para circuitos más complejos, especialmente el LED, que utilizaremos (normalmente, el de infrarrojos) como emisor habitual para acoplamiento con fotodetectores.


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PRÁCTICA 2. LEDs y fotodiodos En esta segunda práctica, nuestro objecto de estudio van a ser las características de los fotodiodos. Tomaremos como muestra un fotodiodo PIN y estudiaremos las diferencias entre los modos de funcionamiento fotovoltaico y fotoconductivo.

1. Fotodiodo PIN en modo fotovoltaico Como hemos dicho, iniciaremos el estudio del diodo PIN por el modo fotovoltaico, esto es, sin alimentación, sirviendo como “fuente de energía”. Este es el modo de funcionamiento menos habitual de los fotodiodos, pero conviene iniciar el estudio por él para ver las diferencias con el modo fotoconductivo en el que habitualmente se trabaja. Nuestro primer circuito de excitación para el modo fotovoltaico será el siguiente, donde el diodo es el dispositivo BPW34:

Figura 2.1. Fotodiodo en modo fotovoltaico.

Con este circuito, mediremos la tensión de salida en distintas condiciones ambientales (luz ambiente y oscuridad). La fotocorriente será del orden de nA y sin grandes diferencias en un caso u otro, con lo cual no la estudiaremos en este caso.

Condiciones Vs (mV) Luz ambiente 8.5

Oscuridad 3.5 Tabla 2.1. Valores de la tensión de salida del fotodiodo en distintas condiciones ambientales.

Podemos ver que la tensión de salida tampoco sufre grandes variaciones, porque en realidad el fotodiodo que estamos utilizando es más sensible a IR que a la luz visible. Probemos ahora a acoplar el circuito a un LED emisor, con el mismo circuito que en la práctica 1 (Re de 330 ohmios, Ve señal cuadrada de 1 KHz). Para estudiar la sensibilidad espectral del fotodiodo, probaremos como emisores un LED verde, uno rojo y otro de IR, midiendo en cada caso la tensión de salida generada y la fotocorriente.

Ve LED FV (LED) Vs (mV) Ir(uA) 6 Vp 247 24.7

10 Vp Rojo

(HLMP-ED) 1.73

287 28.7 6 Vp 36 3.6

10 Vp Verde

(HLMP-CM) 3.05

42.4 4.24 6 Vp 272 27.2

10 Vp IR

(HSLD) 1.08

300 30 Tabla 2.2. Tensión de salida y fotocorriente para distintos LEDs.


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Como vemos, el fotodiodo es más sensible al infrarrojo, y por tanto los valores más altos se dan con el LED IR, los intermedios con el rojo y los más bajos con el verde. Esto coincide con la sensibilidad espectral descrita por el fabricante en las hojas de características, donde el máximo se encuentre en el infrarrojo cercano, sobre los 900 nm.

Figura 2.2. Respuesta espectral del fotodiodo PIN.

También comprobamos que las caídas de tensión en los LEDs coinciden con lo especificado por los fabricantes. Para el LED rojo ya está comprobado en la práctica anterior, y el resultado es muy similar

Figura 2.3. Tensión y corriente directas para el LED verde indicadas por el fabricante.

Esta primera tabla corresponde al LED verde. Teniendo en cuenta que la corriente que está circulando por el LED es algo menor que 20 mA, la tensión obtenida en el LED entraría dentro del rango típico. Los mismo ocurre con el LED de IR, lo que pasa es que en este caso los valores corresponden a una corriente de 50 mA, por lo que estamos un poco más lejos de nuestra medida y los valores son un poco más dispares, pero parece probable que en iguales condiciones nos encontremos en el rango adecuado.

Figura 2.4. Tensión y corriente directas para el IRED indicadas por el fabricante.


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2. Fotodiodo PIN en modo fotoconductivo Hemos visto que el funcionamiento de fotodiodo en modo fotovoltaico ofrece muy pocas posibilidades. Exploremos ahora el modo fotoconductivo. El circuito de excitación será el siguiente:

Figura 2.5. Fotodiodo con conversor corriente-tensión.

El principal inconveniente de los fotodiodos como dispositivo detector en un sistema de comunicaciones ópticas es que proporciona una fotocorriente muy baja, del orden de microamperios, como hemos visto en el apartado anterior. Es por esto que debemos conectar su salida a un operacional que la amplifique y además la convierta a tensión, aunque invertida. Por otra parte, alimentamos el circuito y polarizamos el PIN en inversa para trabajar en modo fotoconductivo. Utilizaremos una R de 10 kiloohmios, por lo que la salida será la fotocorriente invertida y multiplicada por 10000. Además, estudiaremos el acoplamiento con dos dispositivos emisores, el LED de IR y el LED verde. Sabemos de antemano que dicho acoplamiento será mucho mejor con el LED IR, pues este es el que se suele usar como emisor en sistemas de comunicaciones ópticas. Representaremos, pues, para el LED de IR, Ve con 8 Vp (gráfica roja, parte superior, 10 V por división) frente a Vs (gráfica azul, parte inferior, 2 V por división), con una resolución temporal de 500 microsegundos por división.


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Figura 2.6. Entrada y salida del circuito con LED verde y 8 Vp de entrada.

Hacemos ahora lo mismo para una entrada de 10 Vp.


Representamos ahora Ve con 8 Vp usando un LED verde (rojo, parte superior, 10 V por división) frente a Vs (azul, parte inferior, 500 mV por división) con una resolución temporal de 500 microsegundos.


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Figura 2.8. Entrada y salida del circuito con IRED y 8 Vp de entrada.

Para Ve con 10 Vp usamos los mismos parámetros, salvo para Vs, donde utilizamos una resolución vertical de 200 mV por división. Aquí comprobaremos que el LED verde es mucho peor en el acoplamiento con el fotodiodo, puesto que no solo la salida es notablemente más baja con respecto al LED IR, sino que la amplificación es prácticamente la misma para la entrada de 8 Vp que para 10 Vp, no se aprecia mucha diferencia entre ambas (recordemos que en este caso la división vale 200 mV).


Las conclusiones que podemos extraer de este estudio es que no tiene mucho sentido la utilización del fotodiodo en modo fotovoltaico, sino que este dispositivo es realmente útil trabajando en modo fotoconductivo, y que su acoplamiento es, en general, mucho mejor con los LED de IR que con los de luz visible, y es por esto que la mayoría de los sistemas de comunicaciones ópticas que utilizan un PIN como fotodetector emplean un LED IR como emisor.


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PRÁCTICA 3. Modulación óptica. Fotodiodo vs. Fototransistor

En la práctica anterior estudiamos el diodo PIN como fotodetector, estudiando sus ventajas e inconvenientes. En esta práctica lo compararemos con el otro gran fotodetector, el fototransistor, el cual no tendrá el inconveniente del diodo (baja fotocorriente de salida) pero también será más lento, por lo que no podrá trabajar a frecuencias tan altas como el PIN. 1. Modulación óptica con IRED y fototransistor El circuito de estudio es el siguiente:

Figura 3.1. Fuente de corriente modulable con fototransistor como detector.

Utilizaremos como transistor el dispositivo BPW42. En cuanto a las resistencias, R1 y R2 valdrán 6800 ohmios y Re y Rc 4700. El condensador C será de 4.7 microfaradios. La señal de entrada será una senoidal de 500 Hz y 2 Vpp. Representamos esta entrada (gráfica roja, parte superior, 1 V por división) frente a Vs (gráfica azul, parte inferior, 5 V por división), con una resolución temporal de 1 ms por división.

Figura 3.2. Entrada y salida del circuito con fototransistor como detector.


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Como vemos, la salida del transistor sí presenta una amplitud similar a la de la entrada, mientras que está centrada en 7.5 V debido a la alimentación necesaria para polarizar el circuito. Precisamente debido a esta polarización, al aumentar paulatinamente la amplitud de la señal de entrada llega un momento, en torno a los 12 Vpp de entrada, en que la salida empieza a recortarse, porque está centrada en 7.5 y si su amplitud pasa de los 12 V de la alimentación, se recortará. 2. Fotodiodo vs. fototransistor Una vez que hemos estudiado el fototransistor por separado, lo compararemos con el fotodiodo. Para ello, realizamos el montaje de la siguiente figura:

Figura 3.3. Circuito para la comparación de fotodetectores.

Como en la práctica anterior hemos constatado que el mejor emisor para acoplamiento con fotodetectores es el IRED, ambos diodos son de ese tipo (HSDL), mientras que el PIN es el BPW34 como en la práctica 2 y el transistor es el BPW42 que estábamos utilizando. Como los dos emisores son idénticos, estamos en igualdad de condiciones (potencia, respuesta espectral, etc) para comparar a los fotodetectores. En cuanto a los valores de las resistencias, R1 y R2 valdrán 6800 ohmios, Re y Rc 4700 y R 27000. C valdrá 4.7 microfaradios. Medimos los siguientes valores del circuito, sin aplicar ninguna entrada:

BV (BC547) (V) EV (BC547) (V) Vs-fd (V) Vs-ft (V) 6.01 5.37 0.42 0.21

Tabla 3.1. Valores de polarización del circuito de comparación de fotodetectores. Como vemos, entre base y emisor del BC547 caen los habituales 0.7 V, mientras que entre colector y emisor del fototransistor apenas cae tensión. Por su parte, en el PIN caen casi todos los 12 V por estar polarizado en inversa.


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Aplicamos ahora una entrada senoidal de 500 Hz y 2 Vpp, comparando las respuestas de ambos fotodetectores. En la parte superior, en rojo y con 500 mV por división observaremos la salida del PIN y en la parte inferior, en azul y con 5 V por división visualizaremos la salida del fototransistor. La resolución temporal será de 500 microsegundos por división.

Figura 3.4. Salidas detectadas por el fotodiodo y el fototransistor.

Como vemos, la salida del fototransistor es de mucha más amplitud que la del fotodiodo. Sin embargo, analicemos ahora otro aspecto, que nos llevará a la principal ventaja del diodo frente al fototransistor: la frecuencia de trabajo. Aumentaremos la frecuencia de trabajo, observando el punto en el que la salida comienza a recortarse. Para el transistor esto ocurre a 3.2 KHz (Vs-ft max = 2 Vpp), mientras que el diodo continúa funcionando bien hasta 41.3 KHz (Vs-fd max = 300 mVpp). Por último, aplicamos al circuito una señal cuadrada en la entrada y vamos variando su frecuencia. Vemos que conforme aumenta la frecuencia, el transistor no puede seguir las variaciones de la entrada, mientras el diodo sí. Como dijimos, esta es la principal ventaja del diodo frente al transistor, y es que puede funcionar a frecuencias más altas porque conmuta más rápido. Para reflejar esto empíricamente, medimos el tiempo de subida de cada dispositivo, siendo este de 2 microsegundos para el diodo y de 41 para el transistor. Esto explica porque a determinadas frecuencias altas el transistor ya no es capaz de seguir las variaciones de la entrada y el diodo sí. Pues bien, para resumir las conclusiones de esta práctica, no queda más que repetir en qué aspectos es mejor el fototransistor como detector en un sistema de comunicaciones ópticas y en cuáles es preferible el diodo. El PIN podrá alcanzar frecuencias más altas (tiene un mayor ancho de banda, por así decirlo), mientras que su fotocorriente de salida es muy pequeña (orden de microamperios). El transistor amplifica esta corriente, de forma que se obtienen salidas del orden de miliamperios, pero tiene un ancho de banda bastante menor. En función de las aplicaciones, será preferible usar uno u otro.


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PRÁCTICA 4. Optointerruptores

En esta práctica vamos a estudiar los dos tipos de optointerruptores: transmisivos y reflexivos. Comenzaremos estudiando la funcionalidad básica de uno transmisivo para después emplearlo en un sensor óptico de contaje de objetos y por último compararlo con otro sensor basado en un optointerruptor reflectivo. A lo largo de toda la práctica, trabajaremos con bastantes circuitos digitales integrados, con algunos componentes auxiliares

1. Optointerruptor transmisivo El circuito para estudiar el funcionamiento básico de este optointerruptor será el siguiente.

Figura 4.1. Circuito básico con optointerruptor transmisivo.

Tenemos un optointerruptor transmisivo 4070, el circuito integrado 74HCT14 (seis inversores con histéresis) y el LED tricolor LU 5351. El interruptor tiene un terminal K (cátodo del emisor), un terminal A (ánodo del emisor), un terminal V (5 V), un terminal G (emisor del detector) y un terminal O (colector del detector). Para el 74HCT14, además de los terminales indicados, debemos conectar el pin 14 a la alimentación y el 7 a masa. En cuanto al LED, este tiene dos terminales A (ánodos de los diodos) y un terminal C (cátodo de los diodos, común) y emite en verde, rojo o amarillo (con los dos LEDs iluminados). Para las resistencias, Re valdrá 330 ohmios, Rc 10000 y Rr y Rv 100. Mediremos entonces la tensión en el LED emisor del interruptor (es un IRED) y la tensión de salida (tensión en el colector del transistor) sin objeto en el medio del interruptor y con objeto. Los resultados son los siguientes

Condiciones IREDV (V) Vs(V) Con objeto 1.16 4.9 Sin objeto 1.16 0.0093

Tabla 4.1. Tensión en el IRED y a la salida del optointerruptor en distintas condiciones ambientales.


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La función del primer inversor es mantener estable el nivel que luego se debe aplicar al ánodo de un diodo e invertido al otro. De esta forma, si no hay objeto, la entrada en 1 es un nivel bajo digital, así que la salida será un nivel alto. Por tanto en 4 habrá un 0. Eso quiere decir que se ilumina el diodo que está conectado a Rr. Con un objeto en el medio del interruptor el razonamiento es inverso así que se ilumina el otro diodo. Dependiendo de cómo conectemos el diodo, será el verde o el rojo en cada caso. El caso es que nunca se iluminarán ambos a la vez. 2. Sensor óptico basado en optointerruptor transmisivo Para este apartado nos basaremos en el esquema anterior, manteniendo el primer inversor con la misma función estabilizadora. Pero su salida la conectaremos a un contador (circuito integrado 74LS169), cuya salida se conecta a su vez a un visualizador de siete segmentos. De esta forma, cada vez que un objeto pase por el interruptor se generará un pulso a nivel bajo para que el contador incremente su salida y esta se actualice en el visualizador. El esquema es, pues, el siguiente:

Figura 4.2. Circuito básico de contaje de objetos con optointerruptor transmisivo.

Las entradas del inversor siguen siendo las mismas, incluidas las de la alimentación. Para el contador, la masa se conecta al 8 y la alimentación al 15, la salida del inversor al reloj (pin 2) y las salidas en los pines 11, 12, 13 y 14, que son las que se incorporan al visualizador. Para comprobar el funcionamiento de este sensor no son necesarias medidas, ya se comprobó en el laboratorio en el momento de la práctica que el visualizador actualizaba su valor adecuadamente al pasar un objeto por el interruptor. 3. Sensor óptico basado en optointerruptor reflectivo Sustituimos en el montaje anterior el optointerruptor transmisivo por un reflectivo (OPB704). Sin embargo, si dejamos así el circuito, al utilizar un objeto muy reflectante, se producen rebotes, lo cual podemos comprobar empleando por ejemplo, un disco compacto. Por tanto, entre la salida del inversor y la entrada del contador debemos introducir el circuito antirrebotes MC14490. Es decir, el montaje es el siguiente:


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Figura 4.3. Circuito de contaje de objetos basado en optointerruptor reflectivo.

Podemos conectar la salida del inversor al pin 1 del antirrebotes, obteniendo la salida en el 15. Además, a la entrada 7 del circuito debemos conectar una señal de reloj de la frecuencia adecuada. Nosotros conectaremos la salida SYNC TTL del generador. Una frecuencia adecuada para esta señal estaría en torno a 1 KHz. Si aumentamos mucho la frecuencia de la señal introducida al antirrebotes, en algunas ocasiones contaremos dos objetos en vez de uno. Si disminuimos mucho esa frecuencia, no contaremos los objetos. Pocas conclusiones adicionales podemos extraer de la práctica. Simplemente hemos comprobado el principio de funcionamiento de estos optointerruptores y los hemos utilizado para configuraciones básicas de sensores ópticos, comprobando las diferencias entre un tipo de interruptor y otro, entre las que podemos destacar la influencia de los objetos muy reflectantes sobre los optointerruptores reflectivos, que pueden alterar el funcionamiento deseado del interruptor. Como siempre, dependerá de las aplicaciones el uso de uno u otro. Como principal defecto de los transmisivos, podríamos destacar que el espacio entre emisor y detector no puede ser demasiado grande para un buen funcionamiento, por lo que serían peores para detectar objetos de gran tamaño.


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PRÁCTICA 5. Fibra óptica En esta práctica estudiaremos un sistema primitivo de comunicaciones basado en fibra óptica. Para ello, montaremos por separado el circuito del emisor y el receptor, para después incorporarlos al mismo sistema. 1. Emisor de fibra óptica El circuito de excitación para el emisor T-1521 será el siguiente:

Figura 5.1. Emisor de fibra óptica.

Ve se obtiene a partir de la salida TTL del generador. R valdrá unos 330 ohmios y el inversor lo utilizamos como siempre para estabilizar los valores de excitación del emisor, que está basado en un LED rojo. Utilizamos una señal de baja frecuencia, conectamos la fibra al emisor y comprobamos la presencia de luz roja en el otro extremo de la fibra. 2. Receptor de fibra óptica Utilizaremos un receptor R-2521, basado en un fotodiodo y un amplificador. El circuito de alimentación del receptor será el siguiente:

Figura 5.2. Receptor de fibra óptica.

C valdrá 0.1 microfaradios y RL valdrá 1 kiloohmio.


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3. Sistema completo Una vez configurados el emisor y el receptor, solo queda unir ambos mediante la fibra óptica. Utilizamos como entrada una señal cuadrada de 400 KHz y la representamos frente a la salida. La entrada es la gráfica azul, con 2 V por división y la salida la roja con 2 V por división también. La resolución temporal será de 100 microsegundos por división.

Figura 5.3. Entrada y salida del circuito basado en fibra óptica

Ahora podríamos pensar en aumentar la frecuencia de la entrada hasta determinar la máxima frecuencia de funcionamiento. Sin embargo, la fibra funcionará aceptablemente hasta los 5 MHz y en el generador del laboratorio solo podemos obtener 2. De todas formas, sí que podemos decir que en el orden de MHz la dispersión comienza a ser notable y la fibra es más sensible, viéndose afectada la salida si la doblamos o la deformamos. Ajustamos de nuevo la frecuencia para medir los retardos en la comunicación y compararlos con los proporcionados por el fabricante

nstnst

PHL

PLH

80136

Podemos observar en las hojas de características

Figura 5.4. Tiempos de retardo de la fibra óptica.


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Vemos que en ambos casos nos encontramos un poco por encima de los tiempos típicos (estos se definen para una RL de 560 ohmios, un C de 30 pF y una longitud de fibra de 0.5 m, condiciones que no coinciden con las nuestras), pero en cualquier caso por debajo de los máximos. Como conclusiones de esta práctica podríamos destacar la importancia de la fibra óptica, base de los sistemas de comunicaciones ópticas que actualmente cobran protagonismo día a día. Vemos que es un sistema que funciona bastante bien, de pequeños retardos y que tiene bastante ancho de banda (la que hemos utilizado nosotros funciona bien hasta unos 5 MHz). Como adelantamos en prácticas anteriores, se suele utilizar como emisor un diodo IRED, pero nosotros hemos utilizado un LED rojo para ver la luz en el otro extremo de la fibra, y como detector un fotodiodo o fototransistor, diodo en este caso, pero con la amplificación necesaria, pues como sabemos el principal inconveniente del diodo es su baja fotocorriente de salida.


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PRÁCTICA 6. Sensor de color

En esta práctica estudiaremos un sensor de color RGB, concretamente el MCS3AT, que está formado por tres fotodiodos PIN y filtros de color (rojo, azul y verde). Sin embargo, este sensor presenta una sensibilidad espectral mucho mayor para el rojo que para los otros dos colores, como se puede ver en la siguiente figura

Figura 6.1. Sensibilidad espectral del sensor de color.

Por tanto, será necesario incluir dos potenciómetros para ajustar las tensiones de salida de los diodos que detectan el verde y el azul. Además, las tensiones de los diodos deben compararse para decidir el color del objeto y esto lo haremos con dos circuitos comparadores TL081. El montaje será el siguiente:

Figura 6.2. Circuito sensor de color.

La resistencias RG, RB y RR valdrán 450 kiloohmios y la tensión +VR = 2.5 V se obtiene a partir de la alimentación con un divisor de tensión. Por último, para iluminar el objeto cuyo color se quiere determinar usamos un circuito basado en un LED blanco


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Figura 6.3. Circuito para la iluminación del objeto.

De esta forma, si iluminamos un objeto rojo, la mayor tensión será VR, por lo que la salida del comparador de VR y VG será un nivel bajo y el LED rojo se iluminará. En el otro comparador, ambas salidas serán iguales, por lo que el LED verde no se iluminará. Razonamos de igual forma para los colores azul y verde. Para un objeto de color intermedio, dependerá de en qué zona del espectro se encuentre. Por ejemplo, el amarillo está entre el rojo y el verde. Si está más cerca del rojo se encenderán ambos LEDs (VR será mayor que VG, pero esta mayor que VB) y si está más cerca del verde solo el verde (VG mayor que VR y VB). De la misma forma se puede razonar para varios colores, aunque los resultados dependen mucho de la reflexión de la luz en el objeto, la tonalidad del color de ese objeto, etc. Como conclusiones, poco podemos decir, simplemente hemos analizado una aplicación muy curiosa de los dispositivos que venimos utilizando hasta ahora, en la que se combinan LEDs emisores de luz, LEDs como indicadores de información y fotodiodos PIN como detectores.

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