CARACTERIZACIÓN DE FOTORESISTENCIA PARA EL DISEÑO DE UNA ALARMA ELECTRÓNICA
Enviado por juand.leon • 23 de Noviembre de 2016 • Trabajos • 2.255 Palabras (10 Páginas) • 950 Visitas
CARACTERIZACIÓN DE FOTORESISTENCIA PARA EL DISEÑO DE UNA ALARMA ELECTRÓNICA
(Characterization photoresist for design of an electronic alarm)
[pic 2]
*Departamento de Ingeniería Electrónica, Universidad de Antioquia, camiloa.munoz@udea.edu.co.
**Departamento de Ingeniería Electrónica, Universidad de Antioquia, cesar.delacruz @udea.edu.co.
(Recibido Mayo 31 de 2016)
Resumen: Para el diseño de una alarma electrónica es necesario el uso de un sensor lumínico que sea capaz de identificar cuando un haz de luz producido con un diodo laser es interrumpido. Para ello se utilizó una fotorresistencia comercial (LDR), esta fotorresistencia se caracterizó midiendo la variación de la resistencia en función de la intensidad de luz aplicada, que es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre la fuente y el receptor de luz. Los resultados obtenidos comprobaron la ley del inverso cuadrado comúnmente utilizada en la física. A partir de su caracterización se establece el rango de operación de la alarma y los elementos electrónicos necesarios para el diseño. Se utilizó elementos básicos como resistencias y condensadores. También se utilizó circuitos integrados como un amplificador operacional configurados en modo comparador, flip-flop JK con preset y clear utilizado como unidad básica de memoria, un timer LM555 en configuración astable para la generación de la señal de sonido y una bocina que genera el sonido.
| Abstract: For the design of electronic alarm is necessary used a light sensor that be able to identify when a beam of light produced with laser diode is interrupted. For this, using a commercial photoresist (LDR), this was characterized measuring the variation of resistance in function of light intensity supplied, which is inversely proportional at square of distance between the source and the receptor of light. The results obtained check the law of inverse square used in the physics. From the Characterization it’s establishing operating range of the alarm and electronic elements necessary for the design. It’s used basic elements like resistances and capacitors. Too it’s used integrated circuits like operational amplified setting in comparator mode, a flip-flop JK with preset y clear used like memory basic unit, a timer LM555 setting in astable for the generation of signal of sound and speaker that produce the sound. | |
Palabras clave: Ley de inverso cuadrado, fotorresistencia, laser, intensidad lumínica. | Key words: Inverse square law, photoresist, laser, light intensity. |
1. INTRODUCCIÓN
La física ha jugado un papel muy importante en el desarrollo de la ingeniería. Ya que se han construido instrumentos de medición y calculo usando las leyes y principios fundamentales de la física. Un ejemplo claro es una fotorresistencia donde su funcionamiento se basa en el efecto fotoeléctrico. Un fotorresistor está hecho de un semiconductor de alta resistencia como el sulfuro de cadmio, CdS. Si la luz que incide en el dispositivo es de alta frecuencia, los fotones son absorbidos por las elasticidades del semiconductor dando a los electrones la suficiente energía para saltar la banda de conducción. El electrón libre que resulta, y su hueco asociado, conducen la electricidad, de tal modo que disminuye la resistencia. Los valores típicos varían entre 1 MΩ, o más, en la oscuridad y 100 Ω con luz brillante.
Un aspecto fundamental para la implementación de un sensor es la caracterización o la respuesta en el tiempo en función de las variables físicas del ambiente. Para la resistencia se caracteriza el comportamiento de la resistencia en función de la intensidad de luz incidente, tomando parámetros constantes; la temperatura y la longitud de onda del láser, debido a que la fotorresistencia es de un material semiconductor. Ya que estos materiales son sensibles a cambios de temperatura y su operación depende de la frecuencia de incidencia o en éste caso la longitud de onda del láser.
Como no se contó con un instrumento para medir la intensidad de luz de láser. Se utilizó la ley de inverso cuadrado. La ley de la inversa del cuadrado se refiere a algunos fenómenos físicos cuya intensidad es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia al centro donde se originan. En particular, se refiere a fenómenos ondulatorios (sonido y luz), y en general a campos centrales en un espacio euclídeo tridimensional, a campos eléctricos y a radiación ionizante no particulada.
Ya con lo anterior establecido el diseño de la alarma laser debe contar con 4 etapas; sensadado, comparación, conservación del estado y alarma.
En sensado se utiliza la fotorresistencia a la cual le incide un haz de luz que proviene de un diodo laser rojo de aproximadamente 650nm de longitud de onda.
Un diodo láser (DL) es un dispositivo semiconductor similar a un led pero que bajo las condiciones adecuadas emite luz láser.
Para la comparación se utiliza un amplificador operacional en modo comparador.
Un comparador es un circuito electrónico, ya sea analógico o digital, capaz de comparar dos señales de entrada y variar la salida en función de cuál es mayor.(ver figura 1)
[pic 3]
Figura 1.Amplificador operacional modo comparador
Para mantener un estado se utiliza un flip-flop que es un multivibrador capaz de permanecer en uno de dos estados posibles durante un tiempo indefinido en ausencia de perturbaciones. Esta característica es ampliamente utilizada en electrónica digital para memorizar información. El paso de un estado a otro se realiza variando sus entradas.
Y finalmente para hacer oscilar un parlante que sirve como señal de alarma se utiliza un timer 555 en modo astable.
El temporizador 555 es un circuito integrado (chip) que se utiliza en la generación de temporizadores, pulsos y oscilaciones. El 555 puede ser utilizado para proporcionar retardos de tiempo, como un oscilador.
2. CARACTERIZACIÓN DE LA FOTORRESISTENCIA
Para la caracterización de la fotorresistencia se utilizó ley de inverso cuadrado. Que establece que la intensidad del haz de luz es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre la fuente y el receptor de luz, como se aprecia en la ecuación (1).
[pic 4]
El trabajo en el laboratorio consistió en medir la variación de la resistencia con ayuda del multímetro cuando la distancia entre la fuente y el receptor de luz varía. En el experimento la fuente de luz utilizada es un diodo laser de color rojo que tiene una longitud de onda aproximada de 650nm y el receptor utilizado es una fotorresistencia comercial de 4mm. El experimento se hizo a temperatura ambiente del laboratorio, que fue de 25°C con luz ambiente y a oscuras para observar la variación en los comportamientos. El montaje utilizado se observa en la figura 2.
...