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• Jorge Quispe

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L A B O R A T O R I O

No.

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“DIODOS EMISOR DE LUZ – LED’s” I.

OBJETIVOS En este laboratorio Ud. Aprenderá a realizar el dimensionamiento de arreglo de LED’s en serie, paralelo e hibrido, para señalización e iluminación. Conocer el funcionamiento y conexionado de los LED’s RGB (tricolor). Diseñar un panel luminoso de bajo costo con LED’s RGB.

II. MATERIALES Y EQUIPO 2 Diodos de silicio 1N4001 2 Resistencias de 1 k ohm y 5 k ohm 1 Placa de protoboard. 1 Fuente de 9 a 12 v 2 Diodos LED de cualquier color. Conectores Alicate pelador de cables. III. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA: Los LEDs son dispositivos de estado sólido, también llamadas lámparas sin filamento ni gas inerte que lo rodee, ni cápsula de vidrio que lo recubra. El LED (acrónimo del inglés de Light Emitting Diode) o Diodo emisor de luz es un semiconductor unido a dos terminales cátodo y ánodo (K=negativo y A=positivo) recubierto por una resina epoxica transparente o traslucida. Cuando una corriente circula por la juntura semiconductora P-N que forma el diodo, se produce un efecto llamado electroluminiscencia. El color de la luz emitida (λ=longitud de onda), dependerá del material semiconductor empleado en la construcción del diodo y puede variar desde el ultravioleta, pasando por el espectro visible, hasta el infrarrojo.

Polaridad: Por tratarse de dispositivos electrónicos semiconductores, los LEDs funcionan con corriente continua (CC), tienen polaridad y es imprescindible para su funcionamiento que sean conectados en el sentido correcto. Para identificar la polaridad de cada terminal, se observará la longitud de los mismos: El terminal más largo es el ánodo que se conectará al positivo (+) del circuito y el terminal más corto es el cátodo por lo que se conectará al polo negativo o masa del circuito. También es posible identificar el cátodo observando el encapsulado. El mismo es indicado con una zona plana o muesca en la circunferencia de la base plástica. En la siguiente figura se observa un LED rojo en el que se indica la polaridad de sus conexiones y el símbolo del componente.

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Características eléctricas: Son dos especificaciones eléctricas fundamentales para el correcto conexionado de los LEDs: Forward Voltaje (VF): Es la tensión en polaridad directa de trabajo del LED y variará en función del color, de la intensidad luminosa y del fabricante. Se mide en Volts. Forward Current (IF): Es la intensidad de la corriente que circula por el LED. Se mide en mili Ampere (1 A = 1000 mA). Estos dos parámetros serán los que deberemos asegurar al calcular los valores de los componentes adicionales del circuito de alimentación. En el caso de no disponer de ellas, se podrán utilizar para los cálculos los valores “genéricos” de la siguiente tabla según el color y el brillo del LED

Conexión: Los LEDs suelen trabajar con tensiones de entre 1,5 y 4 Volts y corrientes del orden de los 20 mA por lo que en la gran mayoría de los casos deberemos intercalar una resistencia limitadora (Rs) en serie entre los LEDs y la fuente de alimentación. Para el cálculo d e esta resistencia (o resistor) se utiliza la siguiente formula en el caso de que se desee conectar un solo LED:

R

VS  VF IF

(1)

Dónde: R es el valor de la resistencia en Ω (Ohms). VS (Source Voltage) es la tensión de la fuente de alimentación en Volts VF (Fordward Voltage) es la tensión de polaridad directa del LED en Volts. IF (Fordward Current) es la corriente de trabajo del LED en Ampere.

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Una vez calculada la resistencia, se seleccionará el componente de valor n ormalizado más próximo al calculado y que posea una capacidad de disipación de potencia acorde al circuito. Generalmente la potencia del resistor se lo aproxima a 1/4 W.

PR VF * I F  I F

2

V

*RF

2

R

[W ]

(2)

Para el cálculo donde se desee conectar varios LEDs en serie, el valor del resistor R será:

R

VS  n *VF IF

(3)

Dónde: n es la cantidad de LEDs conectados en serie. LED RGB (Read-Green-Blue): Un LED RGB es la unión de tres LEDs de los colores básicos (Rojo, Verde y Azul), en un encapsulado común, compartiendo la misma tierra (GND = Ground ó cátodo para el negativo). En función de la tensión que pongamos en cada pin podemos conseguir la mezcla de color que deseemos con relativa sencillez. Cada diodo del conjunto emitirá luz cuando reciba una corriente de intensidad comprendida entre 10 y 40mA, alcanzando su grado máximo de luminiscencia cuanto más próxima a 10 sea. Si variamos la tensión aplicada, obtendremos distintos grados de intensidad dentro de cada color, y si combinamos cada color obtendremos una amplia variedad de colores

Algunas características del LED RGB de 5mm de cristal de 4 pines standart son: Color ROJO VERDE AZUL

Tension de alimentation 2.1 V 3.3 V 3.3 V

Consumo 20 mA 20 mA 20 mA

RGB Ánodo Común EJEMPLOS PRÁCTICOS 1.- Se desea conectar cuatro LEDs rojos de alto brillo a una batería de 12 V. Solución: Para este caso tendremos los siguientes valores: n=4 VS = 12 V VF = 2 V IF = 20 mA = 0,02 A De la ecuación (3):

R

VS  n *VF 12V  4 * 2V   200 IF 0.02 A

3



Por lo que será necesaria una resistencia de 200 Ω. Este valor se encuentra normalizado para resistencias de tolerancia de 5%. En la imagen se observa el cableado de todos los elementos en una placa de prototipos, de la conexión serie de los LEDs rojos:

2.- Se desea conectar dos LEDs verdes de alto brillo a una fuente de 12V

Solución: Para este caso tendremos los siguientes valores: n=2 VS= 12 V VF= 3 V IF = 20 mA = 0,02 A Con estos datos, de la ecuación (3) tenemos:

R

VS  n *VF 12V  2 * 3V   300 IF 0.02 A

Cuyo resultado es un valor de 300 Ω. En este caso optamos por una resistencia de 330 Ω x ¼ W. Quedando el circuito montado como se exhibe en la siguiente imagen.

En la imagen anterior, se muestra el ejemplo de una barra de LEDs azules montados sobre un perfil de PVC utilizada para la iluminación de un acuario:

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IV. PROCEDIMIENTO: 1.

Implementar el siguiente conexionado de la siguiente forma. Utilicé una fuente de + 5 Vdc:

VS = 5V

2.

Calcule el valor de R según la relación (1):

R

VS  VF IF

3.

 (5 − 1.8)𝑉 = 213 𝑜ℎ𝑚 0.015

Implementar el siguiente conexionado para tres LED’s Rojo en serie de la siguiente forma.

VS = 5V

4.

El cálculo de la resistencia R a utilizar, se calcula según la relación (3):

R

VS  n *VF

5 − 3(1.8)  = −29  𝑜ℎ𝑚 0.015

 

IF

SE TRABAJO CON LED VERDE



Luego medir la corriente de consumo (I), tenga en cuenta que debe poner el Multitester en serie al circuito, en la escala de mA. I = 200 mA 5.

Repita los pasos 3 y 4 para el caso de LEDs de color Verde y Amarillo. Complete la tabla siguiente: Número de LEDs 3 3 3

6.

Color de LEDs Rojo Verde Amarillo

Corriente de consumo (mA) 200 200 200

Potencia de consumo (W) 1 1 1

Implemente el sistema de LEDs del circuito de la figura 1:

5

Figura 1. 7.

Calcule el valor de R1. Luego con el multitester medir la corriente total y potencia de consumo. R1 = _ 2 ohm IT = Pconsumo =

LED’s RGB: 8. Con el multitester, en la escala de Diodos, identificar correctamente los pines de color Rojo, Verde y Azul. Si el LED RGB es tipo cátodo común, la punta COM, Común (color negro) colocar en el extremo derecho como se ve en la figura. La otra punta (+) color rojo poner debe colocar en los pines restantes. Se debe encender el color respectivo, como se muestra en la gráfica siguiente:

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9. Implemente el circuito siguiente. Polarice el LED RGB con + 5 V. Los valores de los

resistores pueden ser valores entre 200 Ω a 1 K Ω.

+5V

10. Para tener diferentes tonalidades de colores, pruebe variando distintos valores de resistencias.

¿Cómo obtener el color blanco? ¿Cómo obtener el color violeta?

IV. INFORME FINAL 1. Presentar todos los pasos efectuados en el presente laboratorio 2. Que utilidades le puede dar al circuito de la figura 1, paso 6, en la Ing. Mecánica,

fundamente su respuesta. Se puede utilizar como indicador de un funcionamiento de un sistema o sencillamente el funcionamiento de un panel de control de motores, la cual mediante unos cuantos componentes también se puede saber la velocidad o fase en la cual se encuentra el motor o sistema, se puede trabajar con los colores diferente los cuales se utilizarían de acuerdo al color que se va estables para cada cosa como, encendido, apagado o reposo de los mismo, Hay muchas aplicaciones de este tipo de circuitos ya que es muy versátil y fácil de armar. 3.

Qué ventajas y desventajas ofrece el circuito de la figura 1, paso 6. Explique Una de la desventajas seria que no podría usarse en paneles o tableros de control sofisticado, los cuales necesitaría de un circuito más complejas, también se ve que existe poca protección para los LEDs los cuales con cualquier subida o variación de tensión pueden estropearse hasta llegar a quemarse, tenemos que tener en cuenta que también la alimentación es un consumo medianamente elevado ya que se tendría que implementar una fuente adicional, para el funcionamiento del mismo, por dicho anteriormente, el circuito puede usarse en varias cosas, pero cabe recalcar que su aplicación se limita a cosas muy sencilla, ya que es un circuito básico.

4.

Investigue brevemente sobre la nueva tecnología OLED y que utilidades le puede dar a su carrera de Ing. Mecánica. Es un acrónimo del inglés 'organic light-emitting diode', o sea un diodo orgánico capaz de emitir luz propia. Los componentes orgánicos del diodo responden a una estimulación eléctrica determinada y pueden generar y emitir luz por su propia cuenta. De acuerdo a las estructuras y materiales utilizados puede haber diferentes tecnologías OLED, lo importante es que cualquiera de ellas logra mantener la capa electroluminiscente que permite funcionar a la pantalla.

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Ventajas de las pantallas OLED Las pantallas de este tipo son más delgadas y flexibles, además de ofrecer una mejora sustancial en brillos y contrastes, ofreciendo una mejor calidad visual con mayor ángulo de visión. Además, el consumo de energía es mucho menor y por eso son pantallas mucho más amigables con el planeta, pero todavía hay algunos problemas por resolver. Al ser flexibles, las pantallas OLED son más resistentes y hasta pueden utilizarse en formas novedosas. Pantallas que se enrollan o dispositivos OLED volcados sobre la ropa, el futuro es prometedor para esta nueva tecnología. La degradación OLED Si bien las nuevas tecnologías OLED ofrecen mejor calidad visual y ahorro energético, todavía falta que se resuelva un tema fundamental para lograr convertirse en el reemplazo de las pantallas LCD: la degradación de los materiales. Los componentes orgánicos que hacen a la capa OLED se vuelven inutilizables en poco tiempo. Para poder convertir el OLED en una tecnología superadora los desarrolladores están trabajando en los problemas que derivan del desgaste. 5.

Vea el siguiente video del link: https://www.youtube.com/watch?v=CtJqhg5Y6DA, y de sus comentarios al respecto. Se le da más utilidad al LED el cual con ayuda de unos cuantos componentes puede tener un funcionamiento más complejo, es un aprovechamiento mejor de los leds, veo que también con ayuda de transistores tienen una función importante, veo también que el led puede simular el accionamiento de un sistema o una máquina, porque es de modo visible el funcionamiento mediante el led que se prende lo cual representa un funcionamiento y apagado cuando no, muy bueno y explicado el video.

6.

Vea el siguiente video del link de sus comentarios: https://www.youtube.com/watch?v=6Do4sJOPnVo&t=1 2s Es una aplicación de leds actual, ya que ve muchos que están empezando a utilizar, en varias cosas como letrero de negocios, rutas de microbuses, avisos, etc. Me parece muy buena esa aplicación veo que es algo muy económico ya que el consumo del led ahorra mucho la energía que vayamos a usar. La pregunta es que gustaría aprender estas clases de cosas y experimentar mis propias luces de leds. quiero construir faros de luces traseras de leds para camión que trabaja con 24V.

7.

Vea el siguiente video del Link y de sus comentarios al respecto: https://www.youtube.com/watch?v=ln86dMx7Mgo Me parece muy bien explicado ya que no tenía mucho conocimiento del funcionamiento de esos semáforos nuevos, pero veo que es algo muy sencillo, se podría aplicar en otras cosas también aprovechando esos pulsos ya que son tiempos que controlan otras cosas.

8.

Vea el siguiente video del Link y de sus comentarios: https://www.youtube.com/watch?v=eZxZfW1p8 Wk Me parece muy interesante, veo que es muy versátil y fácil el uso de los leds y es muy amplia su aplicación

8

9.

De 3 conclusiones y 3 observaciones importantes del presente laboratorio. 1. La tecnología LED es la tecnología del futuro en lo que es la parte de iluminación y protección del Medio ambiente consumiendo menos energía eléctrica. 2. No se puede hablar realmente de una tecnología OLED, sino más bien de tecnologías basadas en OLED ya que son varias y su aplicación es realmente amplia. 3. Las tecnologías basadas en OLED no solo tienen una aplicación puramente como pantallas reproductoras de imagen, sino también en el campo de la iluminación y otros múltiples usos que se le pueda dar.

Observaciones: 1. Como se puede apreciar en las investigaciones realizadas en este Ensayo la tecnología ha dado grandes pasos en cuanto a la iluminación se refiere, pues de la misma manera se puede apreciar como la iluminación fluorescente y los focos incandescentes serán cosas del pasado y serán remplazados por luz blanca. 2. Las tecnologías basadas en OLED no son nuevas relativamente hablando, y hay en el mercado artículos que las incorporan, como teléfonos móviles. 3. También se estudió el consumo de la luminaria led contra las lámparas tradicionales y se pudo observar que la iluminación led es la luminaria que tiene mayor tiempo de vida que las lámparas tradicionales y aparte de tener menor consumo tiene una vida útil mayor y es la iluminación que tiene mayor eficiencia que la iluminación tradicional.

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