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PRÁCTICA 4  Aplicaciones de dispositivos optoelectrónicos:  LEDs y Conmutadores ópticos          El objetivo de esta práctica es verificar el comportamiento de los diodos LEDs y conmutadores ópticos  para su uso en electrónica, según la tecnología y los materiales utilizados en su fabricación. Para ello se utilizarán  una serie de características generales de estos componentes mediante las correspondientes pruebas, medidas y  ensayos, que permitirán descubrir las características y propiedades particulares de cada dispositivo. Con los datos  obtenidos se podrán extraer una serie de conclusiones prácticas sobre el comportamiento, utilización y selección  de los diodos LEDs en aplicaciones electrónicas. 

    1ª PARTE: LEDs  Para realizar esta práctica disponemos de varios LEDs cuyas características son las siguientes:  Tipo de LED 

Modelo 

Semiconductor 

Longitud de onda  principal 

LED azul 

Kingbright L‐7113QBC‐D 

GaN 

=468nm 

LED verde 

Agilent HLMP‐C523 

AlGaAs 

=568nm 

LED Amarillo 

Agilent HLMP‐C323 

AlGaAs 

=583nm 

LED rojo (con lente difusa) 

LEDTech L07R5000H1D1 

GaP 

=700nm 

LED blanco 

Ledman LL1503HGWW1‐301 

InGaN 

=475nm  +  ≈600nm 

El LED blanco es diferente a los demás, ya que esta fabricado con un LED azul al que se le ha añadido una  película de fósforo que absorbe la luz azul y la emite en torno al color verde, por lo ambas radiaciones sumadas  dan lugar a luz “casi” blanca (con tendencia azulada).  

Práctica 4 Aplicaciones de dispositivos optoelectrónicos: LEDs y conmutadores ópticos 

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    El procedimiento experimental a seguir es el siguiente:  

Identificar los distintos diodos LEDs y clasificarlos en función del color de emisión de los mismos y del tipo  de encapsulado (lente difusa o no difusa, tintada o incolora, etc.) que tengan. 



Buscar los valores de la longitud de onda de emisión característica de cada diodo según la tabla anterior,  y  relacionar  el  valor  de  la  longitud  de  onda  con  el  color  correspondiente,  situándolo  en  el  espectro  electromagnético. 



A partir de los valores de la longitud de onda de emisión de los distintos diodos, calcular el valor de la  anchura de la banda prohibida (medida en eV) correspondiente al material del que está fabricado dicho  diodo ya que la energía de los fotones coincide con el GAP del semiconductor;  GAP=h=hc/  (con hc=1240 eV∙nm)  siendo h la constante de Planck, c la velocidad de la luz, y  y  la frecuencia y la longitud de onda de la  radiación emitida, respectivamente.  



En  la  gráfica  siguiente,  localizar  los  valores  de  la  energía  del  gap  calculados  y  estimar  los  posibles  materiales  semiconductores  (compuestos  de  dos,  tres  o  más  elementos)  con  los  que  se  ha  podido  fabricar cada diodo LED. 

  Figura extraída de http://gorgia.no‐ip.com/phd/html/thesis/

Práctica 4 Aplicaciones de dispositivos optoelectrónicos: LEDs y conmutadores ópticos 

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Comparar la información extraída de la gráfica para cada uno de los diodos con la de la tabla anterior (la  suministrada por el fabricante).  

Estudiar  la  característica  corriente  tensión  de  los  LEDs  mediante  el  montaje  de  la  figura  siguiente  (recordar que hay que invertir el CH2 y utilizar el modo de representación X‐Y del osciloscopio). Tener en  cuenta  que en los LEDs, la parte  P (ánodo) corresponde al terminal más largo. A  partir de cada  curva  característica identificar la tensión umbral de cada diodo.     

Sonda del CH1 del  osciloscopio (VD) 

 

Tierras del  osciloscopio 

 

LED 

 

+     

V 

 

‐   

+  ‐   VD  VR=ID∙R 

+  R=1K ‐ 

    

Sonda del CH2 del  osciloscopio (‐VR)

Ánodo  (lado P) 

Representar  (aproximadamente)  en  la  misma  gráfica  las  características  ID‐VD  de  los  distintos  LEDs,  y  estudiar la relación existente entre el valor de la tensión umbral de los distintos diodos y la longitud de  onda de emisión de los mismos. Extraer conclusiones.

 

Práctica 4 Aplicaciones de dispositivos optoelectrónicos: LEDs y conmutadores ópticos 

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2ª PARTE: Conmutador Óptico  Un  conmutador  óptico  es  un  dispositivo  que  combina  un  fotoemisor  (un  LED)  y  un  fotorreceptor  (normalmente un fototransistor). Funciona como un interruptor cuya entrada eléctrica se convierte en óptica por  medio del LED, cuya radiación, al llegar al fototransistor que está en la salida, genera la corriente de base que le  hace conducir. De este modo la conexión entre ambos es óptica. Se suelen utilizar como detectores de objetos o  como optoacopladores para aislar eléctricamente a dispositivos muy sensibles.  Inicialmente utilizaremos el conmutador óptico KRA011 de Kingbright, cuyo esquema es:               

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Y lo conectaremos al circuito siguiente para observar cómo la salida del transistor depende de la entrada  que aplicamos al LED (señal cuadrada de amplitud máxima y frecuencia 2KHz). 

SALIDA: CH2 del  osciloscopio 

 

VCC=5V 

       

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ENTRADA: CH1  del osciloscopio 

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RC=3.3K 

         

1

+  V 2KHz 

2

R=150 

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Medir  en  el  osciloscopio  los  niveles  de  la  salida  y  relacionarlos  con  el  corte  o  la  conducción  (saturación)  del  fototransistor.  Introducir  un  objeto  opaco  (una  moneda)  en  la  ranura  del  conmutador  óptico  ¿Cuánto  vale  ahora la tensión de salida y por qué?   Estimar  el  tiempo  de  propagación  de  la  señal  por  el  conmutador  óptico.  ¿Cuáles  son  los  tiempos  de  subida  y  bajada, ton y toff?     

Entrada (CH1) 

   

Salida  (CH2) 

     

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