OPTOELECTRÓNICA
Capítulo 1: La luminiscencia.
La
luminiscencia por unión o unión luminiscente, se produce como resultado de la circulación
de una corriente en sentido directo a baja tensión a través de un cristal
dopado apropiadamente, que contiene una unión pn. Ésta es la base del diodo de
luz o LED.
Capítulo 2: Diferencia entre LEDS y OPTOACOPLADORES.
Los diodos LED están basados en la
emisión de luz producida por la aplicación de una tensión directa a una unión
pn, mientras que los optoacopladores utilizan esta propiedad junto con un
dispositivo sensible a la luz para reunir en una sola cápsula un elemento
emisor y otro receptor de luz, eléctricamente aislado uno de otro.
Capítulo 3: LED.
Este elemento
consta de un diodo de unión pn que emite luz cuando se polariza en sentido
directo. La luz emitida puede ser invisible (infrarroja) o puede estar
comprendida dentro del espectro visible. Las fuentes de luz a semiconductores
pueden obtenerse en un amplio margen de longitudes de onda, que se extienden
desde la región del ultravioleta cercano, en el espectro electromagnético,
hasta la región del infrarrojo lejano, aunque los dispositivos previstos para
empleos corrientes están limitados actualmente
a longitudes de onda mayores de 500 nm.
Los LEDS utilizados en aplicaciones
electrónicas, debido a la respuesta espectral del silicio y a consideraciones
de rendimiento, son normalmente diodos emisores de infrarrojos, IRED. Este tipo
de diodo es un LED que emite luz invisible en la región del infrarrojo cercano.
El diodo láser
es una forma especial de LED o IRED con dimensiones físicas y propiedades
ópticas estrechamente controladas en la zona de la unión productora de luz.
Esta circunstancia hace posible conseguir una cavidad resonante óptica para la
longitud de onda operativa tal, que la realimentación óptico-eléctrica asegure
una producción de luz monocromática direccional con un elevado rendimiento. El
estrecho e intenso haz virtualmente monocromático y la alta frecuencia de
funcionamiento que son características típicas del diodo láser, pueden ser muy
ventajosas en aplicaciones tales como fibra óptica, interferometría, sistemas de
alineamiento preciso y sistemas de exploración.
La cavidad óptica de precisión es de
difícil fabricación y puede originar tensiones en la estructura del cristal del
láser que, en caso de producirse, causarán una rápida disminución de la
potencia de salida luminosa.
Aunque los diodos
láser ofrecen unas elevadas prestaciones, son en contrapartida de utilización
poco económica y por otra parte su fiabilidad debe comprobarse en cada
aplicación.
Las características eléctricas del
LED, diodo láser e IRED son similares a las de otros diodos de unión pn en lo
que se refiere a presentar una caída de tensión directa ligeramente superior a
la de los diodos de silicio y a la reducida tensión de ruptura inversa, como
consecuencia de los niveles de dopado requeridos para una eficiente producción.
Capítulo
4: Funcionamiento físico de un LED.
Diodo emisor de luz
con la unión polarizada en sentido directo.
Al polarizar directamente un diodo LED conseguimos que por la unión pn sean
inyectados huecos en el material tipo N y electrones en el material tipo P;
produciéndose, por consiguiente una inyección de portadores minoritarios.
Cuando estos portadores se recombinan, se produce la liberación de una cantidad
de energía proporcional al salto de banda de energía del material
semiconductor. Una parte de esta energía se libera en forma de luz, mientras
que la parte restante lo hace en forma de calor, estando determinadas las
proporciones por la mezcla de los procesos de recombinación que se producen.
La energía contenida en un fotón de
luz es proporcional a su frecuencia, es decir, su color. Cuanto mayor sea el
salto de banda de energía del material semiconductor que forma el LED, más
elevada será la frecuencia de la luz emitida.
Capítulo
5: Control de un LED.
Un LED puede ser
activado por corriente continua, por
impulsos o corriente alterna.
1.
Por
corriente continua.
El circuito típico empleado se mostró en la figura anterior. El control
de la corriente se realiza por medio de la resistencia R y su valor es:
R
= (E – Vf)/ If
siendo E la tensión de alimentación, Vf la tensión en bornes del LED e
If la corriente que lo atraviesa. La tensión E debe ser, por lo menos, dos
veces la tensión Vf. Para los colores rojo, anaranjado y amarillo se recomienda un valor de If de 5 a 15 mA,
mientras que para el ver de se recomienda de 10 a 20 mA. Los parámetros para un LED de color azul son bastante
diferentes, ya que presentan una Vf = 5v. y una corriente If de 60 mA para una
intensidad luminosa de 50 mcd.
2.
En régimen
de impulsos.
Éste es el método más empleado, ya que el LED presenta una mayor
fiabilidad y ofrece las siguientes ventajas frente al método anterior:
a)
La intensidad luminosa
puede ajustarse variando la amplitud o el ancho del impulso aplicado.
b)
Genera mayor
intensidad luminosa para una misma corriente media.
¿ Cómo se determina la amplitud de los impulsos ?
Cuando se realiza el control del LED por impulsos hay que determinar la
amplitud de los mismos de la siguiente manera:
1.
Determinar la
frecuencia y la duración del ciclo definidos por la aplicación.
2.
Basándose en
gráficas de los fabricantes, determinar la relación entre la corriente máxima
de pico y la corriente directa máxima.
3.
Con ayuda de las
gráficas también, determinar la corriente directa máxima. Este valor disminuye
para temperaturas mayores de 50 ºC.
Comparando con el control por corriente continua, para la misma
corriente media, el control por impulsos ofrece una mayor intensidad luminosa
media y una menor disipación de potencia.
El funcionamiento impulsional de los LEDS provoca un fenómeno de
percepción conocido como “ luz enriquecida “. Este fenómeno es debido en parte
a la retención del ojo de altos niveles de brillo, como los producidos por un
destello de luz. Este fenómeno sólo aparece en los dispositivos de GaAsP debido
a que este material no satura en condiciones de elevadas corrientes.
Cuando el ojo humano es el detector de la energía visible, la menor
energía es consumida en funcionamiento impulsional. Esto es una ventaja
especialmente importante en equipos alimentados por baterías y cuando hay que
controlar grandes conjuntos de LEDS.
3.
En
corriente alterna.
Cuando un diodo LED se conecta a un circuito de alterna hay que prever
una protección contra la tensión inversa si se espera exceder el valor máximo
de Vr. En la figura siguiente se muestra un método de protección utilizando un
diodo en conexión inversa.
En la siguiente figura
se describe un método alternativo utilizando dos diodos LEDS. Si no circula
corriente, ninguno de los dos LEDS se encenderá mientras que la presencia de
corriente en cualquiera de las direcciones provocará el encendido de alguno de
ellos.
Capítulo
6:Características, formatos y variedades de los led.
Los parámetros que
caracterizan el funcionamiento de un LED y que sirven de base para la elección
del modelo más adecuado para la aplicación concreta a que se le va a destinar,
son los siguientes:
1.
Eficiencia.
Es la relación entre la intensidad luminosa
emitida, medida en unas unidades denominadas milicandelas (mcd) y la corriente
eléctrica en mA que produce dicha radiación. Se representa por Iv. Los valores
normales oscilan entre los 0,5 y 2 mcd a 20 mA. Pero los de alta eficiencia
alcanzan hasta las 20 mcd a 10 mA.
El color depende de la
frecuencia de la radiación, existiendo tres que son los que han estandarizado
la mayoría de los fabricantes, se trata del rojo, verde y amarillo-anaranjado.
En el caso de LED de infrarrojos, la radiación no será visible y, por tanto,
este factor no existirá.
2.
La
directividad.
Está
definida por el máximo ángulo de observación de luz que permite el tipo
concreto de LED, respecto al eje geométrico del mismo.
Este parámetro depende de la forma del
encapsulado, así como de la existencia o no de una lente amplificadora incluida
en el mismo.
En los modelos de
mayor directividad este ángulo es pequeño y tienen la apariencia de producir
una intensidad luminosa más elevada que los otros, en los que la luz se reparte
sobre una superficie mucho mayor.
Cada modelo de LED
dispone de una curva de directividad en la que se representa el nivel de
intensidad luminosa en función del ángulo de observación. Esta curva resulta de
mucha utilidad para la elección de un modelo determinado.
El efecto cristalino:
Las lentes de los
primeros LEDS fueron diseñadas para permitir el paso de la máxima cantidad de
luz en la dirección perpendicular a la superficie a la superficie de montaje.
Más tarde, la luz producida fue mayor y sus lentes
se diseñaron para difundir la luz sobre una amplia área, permitiendo mayores
ángulos de visibilidad. Posteriormente aparecieron en el mercado los LEDS de
alta luminosidad y una gran variedad de lentes epoxy color rojo fueron
incorporadas para difundir la luz en una amplia área de emisión, produciendo
una sensación más agradable a la vista que las lentes que concentran la luz en
un punto.
La figura siguiente
muestra los efectos de añadir cantidades de difusores rojos al material epoxy
de la lente.
3.
La tensión
directa (VF).
Es el voltaje que se produce entre los dos terminales del LED cuando le
atraviesa la corriente de excitación. Esta comprendida entre 1,5 y 2,2 v. para
la mayoría de los modelos.
4.
La
corriente inversa (Ir).
Es la máxima corriente que es capaz de circular por el LED cuando se le
somete a una polarización inversa. Valores típicos de este parámetro se
encuentran alrededor de los 10 uA.
5.
Disipación
de potencia.
Es la fracción de la potencia que absorbe el LED y no transforma en
radiación visible, teniéndola que disipar al ambiente en forma de calor. En las
aplicaciones clásicas de los LEDS se necesita una resistencia en serie con el
mismo, con la misión de limitar la corriente que circula por él.
6.
Identificación.
La indicación de la polaridad de los terminales se
realiza haciendo que el terminal que corresponde al ánodo tenga una longitud
mayor que el del cátodo. Además, se añade un pequeño aplanamiento en la
cápsula en una zona próxima al terminal catódico.
Y si no lo
identificas, fíjate en los terminales interiores, uno es más pequeño que el
otro. Ese es el ánodo.
Y como último recurso recurre al óhmetro de tu
polímetro. Harás dos medidas cambiando las pinzas y si está bien obtendrás dos medidas de ohmios: una
próxima a cero y otra de un valor
óhmico alto.
Como sabrás la polaridad de óhmetro por el manual
de instrucciones al hacer la medida que da cero ohmios sabrás cual es el ánodo.
Formatos y variedad de los LEDS.
Existe una gran variedad de formas, intensidades
luminosas, dimensiones, colores, etc. Hay diversas empresas que ofrecen
dispositivos que mejoran la eficiencia en la utilización de los LED, creando un
soporte externo a éste que en la mayoría
de casos es más bien de tipo mecánico. Por ejemplo, una de ellas, además de los
LEDS con encapsulado SMD, los intermitentes que incorporan un circuito
integrado en su interior para generar intermitencias de 3 Hz., y las matrices
de LEDS miniatura, se dedica a fabricar principalmente reflectores, monturas,
soportes, LEDS con cablecillos etc.
Diferentes formas de
representación de caracteres con LEDS.
