instituto tecnológico de querétaro departamento de ... de... · 5.1.2 variar de 0 a 127 v.c.a. la...

Instituto Tecnológico de Querétaro

Departamento de Ingeniería Eléctrica

y Electrónica

Guía de Prácticas de Laboratorio

Materia: Optoelectrónica

Laboratorio de Ingeniería Electrónica

Santiago de Querétaro, Qro. Septiembre 2012

Elaboró

Ing. José Jesús Machaen Trejo

Editora

Anayeli Sánchez Montoya

Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Av. Tecnológico S/N, Esq. M. Escobedo, Col. Centro,

CP.76000 Tel: 2274400 ext. 4418

CONTENIDO PRÁCTICA No.1 CIRCUITO CONTROLADOR CON FOTORESISTENCIA .................. 5

1. OBJETIVO .................................................................................................................. 5

2. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 5

3. MARCO TEÓRICO .................................................................................................... 5

4. EQUIPO Y MATERIALES ........................................................................................ 5

5. METODOLOGÍA........................................................................................................ 5

PRÁCTICA No.2 CIRCUITO CONTROLADOR CON FOTODIODO ............................... 8

1. OBJETIVO .................................................................................................................. 8

2. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 8

3. MARCO TEÓRICO .................................................................................................... 8

4. EQUIPO Y MATERIALES ........................................................................................ 9

5. METODOLOGÍA........................................................................................................ 9

PRÁCTICA No.3 FOTODIODO COMO CONMUTADOR .............................................. 12

1. OBJETIVO ................................................................................................................ 12

2. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 12

3. MARCO TEÓRICO .................................................................................................. 12

4. EQUIPO Y MATERIALES ...................................................................................... 16

5. METODOLOGÍA...................................................................................................... 16

PRÁCTICA No.4 FOTOTRANSITOR DE BASE ABIERTA ............................................ 23

1. OBJETIVO ................................................................................................................ 23

2. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 23

3. MARCO TEÓRICO .................................................................................................. 23


5. METODOLOGÍA...................................................................................................... 30

PRÁCTICA No.5 FOTO TRANSITOR DE TRES TERMINALES ................................... 32

1. OBJETIVO ................................................................................................................ 32

2. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 32

3. MARCO TEÓRICO .................................................................................................. 32


5. METODOLOGÍA...................................................................................................... 35

PRÁCTICA No.6 CIRCUITO CON OPTOACOPLADOR ................................................ 39

1. OBJETIVO ................................................................................................................ 39

2. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 39

3. MARCO TEÓRICO .................................................................................................. 39


5. METODOLOGÍA...................................................................................................... 40

PRÁCTICA No.7 CELDAS FOTOVOLTAICAS ............................................................... 44

1. OBJETIVO ................................................................................................................ 44

2. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 44

3. MARCO TEÓRICO .................................................................................................. 44


5. METODOLOGÍA...................................................................................................... 47

PRÁCTICA No.8 TRANSMISION DE SEÑAL DE AUDIO POR FIBRA OPTICA ........ 52

1. OBJETIVO ................................................................................................................ 52

2. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 52

3. MARCO TEÓRICO .................................................................................................. 52


5. METODOLOGÍA...................................................................................................... 54

PRÁCTICA No.9 EMPALMES Y CONECTORES EN LA FIBRA OPTICA ................... 56

1. OBJETIVO ................................................................................................................ 56

2. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 56

3. MARCO TEÓRICO .................................................................................................. 56


5. METODOLOGÍA...................................................................................................... 59

PRÁCTICA No.10 ATENUADOR OPTICO ...................................................................... 62

1. OBJETIVO ................................................................................................................ 62

2. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 62

3. MARCO TEÓRICO .................................................................................................. 62


5. METODOLOGÍA...................................................................................................... 65

PRÁCTICA No.11 ATENUACION POR FLEXION O CURVATURAS ......................... 67

1. OBJETIVO ................................................................................................................ 67

2. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 67

3. MARCO TEÓRICO .................................................................................................. 67


5. METODOLOGÍA...................................................................................................... 67

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE QUERÉTARO

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

MATERIA: OPTOELECTRONICA

CLAVE DE LA MATERIA: ETF-1023

PRÁCTICA No. 1

Página 5 de 68

PRÁCTICA No.1. CIRCUITO CONTROLADOR CON

FOTORESISTENCIA

No. DE ALUMNOS: DURACIÓN DE LA PRÁCTICA:

1. OBJETIVO

El alumno comprobará el comportamiento de la Fotorresistencia a través de un circuito asociado, para

establecer las corrientes, voltajes y variación en resistencia a diferentes intensidades luminosas

incidentes.

2. INTRODUCCIÓN N/A

3. MARCO TEÓRICO N/A

4. EQUIPO Y MATERIALES N/A

5. METODOLOGÍA

5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica

El circuito implementado para esta práctica se utiliza para controlar el arranque y velocidad del motor

de C.D.. Utilizando como control principal una fotoresistencia la cual es excitada por un haz de luz

variable emitido por una lámpara incandescente alimentada por un variador de voltaje de 0 a 127

V.C.A. Cuando el haz es detectado por la fotoresistencia se establece una corriente que provoca una

tensión que polariza la base del transistor conjuntamente con la o las resistencias asociadas. El

fotodiodo está conectado a la entrada de una Flip-Flop JK en conmutación, el cual requiere de un pulso

completo para cambiar su estado lógico a la salida como la caída en el fotodiodo es cero a la entrada

del FF solo se encuentra la mitad de un pulso, por lo que el FF no cambia su estado a la salida. Si el haz

se interrumpe provoca que el fotodiodo actúe como un circuito abierto por lo que en sus terminales se

presentara un nivel aproximado de 5V. Cuando el haz deja de ser interrumpido nuevamente se

completa un pulso y esto trae como consecuencia que el FF cambie su estado lógico.

Si la salida del FF es cero su estado próximo es uno (5V), como está conectada a la base de un

transistor provoca una corriente de base suficiente para mandar a saturación el transistor. En este





PRÁCTICA No. 1

Página 6 de 68

momento se produce una corriente de colector suficiente para accionar un relevador, este encenderá el

alumbrado de la habitación.

Si la salida del FF es uno, su estado próximo es cero por lo tanto la corriente de base disminuye

hasta cero, con esto la corriente de colector baja a cero y el relevador cambia apagando el alumbrado

de la habitación.

Para complementar el circuito de control se utiliza una foto celda, esta permite que el proceso

anterior no se lleve a cabo durante el día reanudándose en la noche.

El circuito se muestra en el punto 5.2, realiza los siguientes puntos:

5.1.1 Ensamblar el circuito de la Fig. 1.1, calculando las resistencias de acuerdo al rango de

variación de la fotorresistencia y de los transistores seleccionados, para controlar el motor a C.D y

de la fuente de alimentación...

5.1.2 Variar de 0 a 127 V.C.A. la alimentación de la lámpara incandescente, anotando los datos

solicitados en la tabla del punto 5.3, sección de resultados.

5.1.3 Elabora las siguientes gráficas:

• Gráfica de corriente en la fotorresistencia contra la iluminación.

• Gráfica de voltaje en la fotorresistencia contra la iluminación.

• Gráfica de voltaje contra corriente en la fotorresistencia.

• Gráfica de corriente en motor contra iluminación.

• Gráfica de voltaje en motor contra iluminación.

• Grafica contra corriente en motor.

5.2 Diagramas o dibujo

Fig. 1.1 Circuito para control de motor a C.D.





PRÁCTICA No. 1

Página 7 de 68

5.3 Tablas Voltaje

C.A.

Luxes Corriente en

fotoresistencia

Voltaje en

fotoresistencia

Variación en

fotoresistencia

Corriente

en motor

Voltaje

en

motor

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

105

110

115

120

125

130





PRÁCTICA No. 2

Página 8 de 68

PRÁCTICA No.2. CIRCUITO CONTROLADOR CON FOTODIODO


1. OBJETIVO N/A


3. MARCO TEÓRICO El fotodiodo es un dispositivo semiconductor de unión p-n cuya región de operación está limitada a la

región de polarización inversa. Esto ocasiona una corriente de saturación inversa de unos cuantos

micros amperes. Esto se debe solamente a los portadores minoritarios generados térmicamente en los

materiales tipo n y p. La aplicación de la luz a la unión dará como resultado una transferencia de

energía de las ondas de luz incidentes (en forma de fotones) a la estructura atómica, dando como

resultado un aumento en la cantidad de portadores minoritarios y un incremento del nivel de la

corriente inversa. Existe una corriente de oscuridad y es aquella que se da cuando no se ha aplicado

iluminación, se puede suponer que la corriente inversa para este caso es cero. Para el fotodiodo la

corriente inversa y el flujo luminoso están relacionados casi linealmente, en otras palabras, un aumento

en intensidad de luz dará como resultado un incremento similar en corriente inversa, como se muestra

en las figuras siguientes.





PRÁCTICA No. 2

Página 9 de 68

Debido a que los tiempos de subida y bajada (parámetros de cambio de estado) son muy pequeños para

el fotodiodo (en el rango de nanosegundos), el dispositivo puede usarse para conteo de alta velocidad o

en aplicaciones de conmutación. Los fotodiodos de germanio tienen una corriente de oscuridad más

alta que el silicio, pero también tienen un nivel más alto de corriente inversa. El nivel de corriente

generado por la luz incidente en un fotodiodo no es tan grande para usarse como un control directo,

pero puede amplificarse para este efecto.

4. EQUIPO Y MATERIALES

1 Fotodiodo

1 Fotoresistencia.

2 Fuentes.

2 BJT BC547.

1 Irled.

1 Flip-Flop

Resistencias.

5. METODOLOGÍA

5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica El circuito implementado para esta práctica se utiliza para controlar el alumbrado de una habitación.

Utilizando como control principal un fotodiodo el cual es excitado por un haz constante emitido por

un led infrarrojo, mientras el haz es detectado por el fotodiodo se establece una corriente que provoca

una tensión aproximadamente de cero en el mismo. El fotodiodo está conectado a la entrada de una





PRÁCTICA No. 2

Página 10 de 68

Flip-FlopJK en conmutación, el cual requiere de un pulso completo para cambiar su estado lógico a la

salida como la caída en el fotodiodo es cero a la entrada del FF solo se encuentra la mitad de un pulso,

por lo que el FF no cambia su estado a la salida. Si el haz se interrumpe provoca que el fotodiodo

actúe como un circuito abierto por lo que en sus terminales se presentara un nivel aproximado de 5V.

Cuando el haz deja de ser interrumpido nuevamente se completa un pulso y esto trae como

consecuencia que el FF cambie su estado lógico.

Si la salida del FF es cero su estado próximo es uno (5V), como está conectada a la base de un

transistor provoca una corriente de base suficiente para mandar a saturación el transistor. En este

momento se produce una corriente de colector suficiente para accionar un relevador, este encenderá el

alumbrado de la habitación.

Si la salida del FF es uno, su estado próximo es cero por lo tanto la corriente de base disminuye

hasta cero, con esto la corriente de colector baja a cero y el relevador cambia apagando el alumbrado

de la habitación.

Para complementar el circuito de control se utiliza una foto celda, esta permite que el proceso

anterior no se lleve a cabo durante el día reanudándose en la noche.

El circuito se muestra en el punto 5.2:


Fig. 2.1 Circuito de control





PRÁCTICA No. 2

Página 11 de 68

Mediciones:

1 = 220

2 = 134

I1 = 16.44mA.

I2 = 5.87mA, Vfd = 0.465V (sin interrupción del haz infrarrojo).

I2 = 0.287mA, Vfd = 4.44V (con interrupción del haz infrarrojo).

5.3 Tablas

Tabla 2.1

5.4 Precauciones y/o Notas Conforme a la práctica el fotodiodo actúa como un dispositivo ahorrador de energía, ya que este

permitirá la luz requerida en el lugar adecuado toda vez que se requiera.

El fotodiodo se utilizó como un control ON-OFF sin interruptores mecánicos, sin embargo se

puede emplear también en sistemas de seguridad, en controladores inalámbricos, y en detectores de

presencia.

Con esta aplicación existen varias ventajas, una de ellas es el ahorro de energía, además es

económico, fácil de armar y evita el uso de interruptores mecánicos.

Debido a que el proyecto presentado es un prototipo, la distancia entre emisor y receptor es

poca y si se quisiera presentar en una situación real tendrían que probarse los dispositivos a una

distancia más amplia y si estos dispositivos no responden a esa distancia se tendrían que remplazar por

otros que cumplan los requerimientos.

Parámetro Flip-Flop Fotoresistencia

Estado alto

(5v)

Estado bajo

(0v)

Con luz Sin luz

VFF 3.57v 0.13v

IB2 60.2A 0A

VCE2 1.17v 0.67v SI

VCE2 8.64v 13.35v SI

IC2 1.423mA 0A SI

IC2 15.1mA 0A SI

IB1 0.677mA 6.1A

VCE1 0.9v 13.33v





PRÁCTICA No. 3

Página 12 de 68

PRÁCTICA No.3. FOTODIODO COMO CONMUTADOR


1. OBJETIVO Verificar el comportamiento del fotodiodo a la incidencia de luz visible y luz infrarroja mediante

mediciones


3. MARCO TEÓRICO

• FOTODIODO

Es un fotoconductor o fotodetector que cambia su resistencia eléctrica debido a la exposición a

energía radiante.

Un fotodiodo consiste en esencia de una unión de material "P" y material "N"

polarizada inversamente, en la cual la corriente inversa está en función de la luz que

incide en el fotodiodo y se considera que a mayor intensidad de luz existe una corriente

de fuga mayor.

El efecto fundamental bajo el cual opera un fotodiodo es la generación de pares electrón - hueco

debido a la energía luminosa. La aplicación de la luz a la unión dará como resultado una transferencia

de energía de las ondas de luz incidentes (en forma de fotones) a la estructura atómica, dando como

resultado un aumento en la cantidad de portadores minoritarios y un incremento del nivel de la corriente

inversa.

Fotodiodo Conmutador Motor





PRÁCTICA No. 3

Página 13 de 68

*Curva característica: Respuesta

La corriente de fuga en la oscuridad (Io) aumenta al haber mayor intensidad de luz (H).

El espaciado casi igual entre las curvas para el mismo incremento en flujo luminoso revela que la

corriente inversa y el flujo luminoso están relacionados casi linealmente. En otras palabras, un aumento

en intensidad de luz dará como resultado un incremento similar en corriente inversa.

Con base a la gráfica de respuesta se puede determinar que el dispositivo es lineal.

El comportamiento del fotodiodo en inversa se ve claramente influenciado por la incidencia de la luz.

Las corrientes de fuga son debidas a los portadores minoritarios, electrones en la zona P y huecos en la

zona N. La generación de portadores debido a la luz provoca un aumento sustancial de portadores

minoritarios, lo que se traduce en un aumento de la corriente de fuga en inversa. El modelo circuital del

fotodiodo en inversa está formado por un generador de intensidad cuyo valor depende de la cantidad de

luz.

En directa, el fotodiodo se comporta como un diodo normal. Si está fabricado en silicio, la

tensión que cae en el dispositivo será aproximadamente de 0.7 V. El comportamiento del fotodiodo en

directa apenas se ve alterado por la generación luminosa de portadores. Esto es debido a que los

portadores, provenientes del dopado (portadores mayoritarios) son mucho más numerosos que los

portadores de generación luminosa.





PRÁCTICA No. 3

Página 14 de 68

*Parámetros principales:

- Corriente Oscura (DarkCurrent): Es la corriente en inversa del fotodiodo cuando no existe luz

incidente.

- Sensibilidad: Es el incremento de intensidad al polarizar el dispositivo en inversa por unidad de

intensidad de luz, expresada en luxes.

*Aplicaciones:

- Comunicaciones ópticas.

- Fotómetros.

- Control de iluminación y brillo.

- Control remoto por infrarrojos.

- Enfoque automático y control de exposición en

cámaras

**Combinadas con una fuente de luz:

- Codificadores de posición.

- Medidas de distancia.

- Medidas de espesor.

- Transparencia.

- Detectores de proximidad y de presencia.

- Sensado de color para inspección y control de

calidad

**Agrupando varios sensores:

- Reconocimiento de formas.

- Lectores de tarjetas codificad





PRÁCTICA No. 3

Página 15 de 68

****El fotodiodo se parece mucho a un diodo semiconductor común, pero tiene una

característica que lo hace muy especial: es un dispositivo que conduce una cantidad de

corriente eléctrica proporcional a la cantidad de luz que lo incide (lo ilumina). Esta

corriente eléctrica fluye en sentido opuesto a la flecha del diodo y se llama corriente de

fuga.

Luz incidente

Sentido de la corriente generada

El fotodiodo se puede utilizar como dispositivo detector de luz, pues convierte la luz en

electricidad y esta variación de electricidad es la que se utiliza para informar que hubo un

cambio en el nivel de iluminación sobre el fotodiodo.

Si el fotodiodo quedara conectado, de manera que por él circule la corriente en el sentido de

la flecha (polarizado en sentido directo), la luz que lo incide no tendría efecto sobre él y se

comportaría como un diodo semiconductor normal.

La mayoría de los fotodiodos vienen equipados con un lente que concentra la cantidad de

luz que lo incide, de manera que su reacción a la luz sea más evidente.

A diferencia del LDR o fotorresistencia, el fotodiodo responde a los cambios de oscuridad a

iluminación y viceversa con mucha más velocidad, y puede utilizarse en circuitos con

tiempo de respuesta más pequeño.

Si se combina un fotodiodo con un transistor bipolar, colocando el fotodiodo entre el

colector y la base del transistor (con el cátodo del diodo apuntado al colector del transistor),

se obtiene el circuito equivalente de un fototransistor.

QUÉ ES LO QUE ESTAMOS HACIENDO:

En la primera parte de la práctica utilizamos el fotodiodo como un interruptor sensible a la

luz donde prendíamos un foco ó se puede decir que observamos que tanto era sensible a la

luz. En la segunda parte observamos el comportamiento del fotodiodo a una variación de

frecuencia mediante una mediciones tales como la Amplitud de la señal, frecuencia, V.

fotodiodo, I. Fotodiodo, V. C. E, V. Motor, y viendo la forma de onda, para obtener

resultados que nos lleven a determinar por medio de gráficas el comportamiento del

fotodiodo.





PRÁCTICA No. 3

Página 16 de 68

4. EQUIPO Y MATERIALES Generador de señales

Osciloscopio

Motor 12VCD

Resistencias 330 Ω

Irled

Fotodiodo

Fuente Variable

Tip 41

foco 120 volt

Luxómetro

Variac

5. METODOLOGÍA


5.1.1 Primero construimos el diagrama del punto 5.2 donde solo colocábamos el

fotodiodo y le incidíamos luz para poder prender un foco y darnos cuenta que tan

sensible es, a todo esto obtuvimos una mediciones donde graficamos y vimos realmente

como es su sensibilidad. Le aplicamos un voltaje variable al foco que iba desde 0 a 120,

del cual mediamos su LUX, V. fotodiodo, I. fotodiodo, donde nos pudimos dar cuenta

que el Tip 41 conmutaba entre 40 a 120V.

5.1.2 Construir el otro circuito del punto 5.2

5.1.3 Le introducimos una señal senoidal por medio del generador de frecuencia

variable que era de 0Hz a 2MHz donde el IRLED le incidía luz ó una señal a él

fotodiodo el cual este la recibía y el Tip41 comenzaba a trabajar y empezó a conmutar a

los 100Hz de frecuencia en el cual se podía notar en las mediciones que mientras más

frecuencia le mandabas al IRLED el fototransistor captaba menos y la forma de onda en

el osciloscopio se iba haciendo más pequeña o la amplitud de señal iba disminuyendo,

mientras que el V. Fotodiodo casi se mantenía constante con una pequeña variación, la I.

Fotodiodo comenzaba a aumentar de 12micros a 7.5milis, el VCE bajo de 9.84V a 0.02V

y se mantuvo constante, el V. motor comenzó a aumentar de 2.14V a 11.98V y por

último la forma de onda comenzaba a disminuir.





PRÁCTICA No. 3

Página 17 de 68


Vcc

Tip 41

5V

Fig. 3.1

Tip 41 Vcc

5V

Fig. 3.2

variak

330

M

GND

M

330 330

G

GND





PRÁCTICA No. 3

Página 18 de 68

5.3Tablas

Resultados

Tabla 3.1Tabla de mediciones del circuito del fotodiodo acoplado con un foco

incandescente.

medición

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

V Foco

int.

luminosa V fotodiodo I fotodiodo

0 73 0,55 58 microamp

8 75 0,55 58 micro amp

16 79 0,55 60 micro amp

24 80 0,55 60 micro amp

32 80 0,55 62 micro amp

40 80 0,55 66 micro amp

48 85 0,57 76 micro amp

56 86 0,57 82 micro amp

64 90 0,57 88 micro amp

72 94 0,58 100microamp

80 97 0,6 110microamp

88 103 0,61 126microamp

96 110 0,61 142microamp

104 120 0,61 153microamp

112 130 0,62 170microamp

120 146 0,63 190microamp





PRÁCTICA No. 3

Página 19 de 68

Fig. 3.3Respuesta del fotodiodo a la intensidad luminosa

En la gráfica aparentemente la corriente en el fotodiodo se va hacia infinito pero no es

así es debido a la capacidad del fotodiodo de hecho se establece más adelante pero el

rango lo desconocemos.

Fig. 3.4 Respuesta en voltaje de un fotodiodo a la intensidad luminosa

respuesta del fotodiodo a la

intensidad luminosa

0

50

100

150

200

1 3 5 7 9

11

13

15

voltaje en el foco segun la medicion (VCA)

co

rrie

nte

de

l fo

tod

iod

o

(mic

roam

p)

respuesta en voltaje de un fotodiodo a

la intensidad luminosa

0,5

0,52

0,54

0,56

0,58

0,6

0,62

0,64

1 3 5 7 9

11

13

15

voltaje aplicado al foco segun la medicion (VCA)

vo

ltaje

med

ido

en

el

foto

dio

do

(v

)





PRÁCTICA No. 3

Página 20 de 68

.

Tabla 3.2Tabla de mediciones del circuito del fotodiodo acoplado con un IRLED

Frecuencia Amplitud V fotodiodo I fotodiodo Vce Vmotor

0 Hz 0 V 0,51 V 12 microamp 9,84 V 2,14 V

1 HZ 1,627 V variante variante variante Variable

100 Hz 1,54 V 2,4 V 5,4 mA 0,14 V 11,86 V

300 Hz 1,54 V 2,4 V 5,4 mA 0,09 V 11,91 V

400 Hz 1,54 V 2,4 V 5,4 mA 0,06 V 11,93 V

500 Hz 1,54 V 2,4 V 5,4 mA 0,05 V 11,94 V

1000 Hz 1,54 V 2,4 V 5,4 mA 0,05 V 11,95 V

5 KHz 1,54 V 2,41 V 5,4 mA 0,03 V 11,97 V

10 KHz 1,98 V 2,43 V 5,5 mA 0,03 V 11,97 V

50 KHz 1,23 V 2,61 V 6 mA 0,03 V 11,97 V

100 KHz 0,81 V 2,84 V 6,7 mA 0,02 V 11,97 V

200 KHz 3,59 mv 3,04 V 7,3 mA 0,02 V 11,98 V

400 KHz 101 mv 3,11 V 7,5 mA 0,02 V 11,98 V

700 KHz 46,87 mv 3,11 V 7,5 mA 0,02 V 11,98 V

900 kHz 31,25 mv 3,12 V 7,5 mA 0,02 V 11,98 V

1 Mhz 23,4 mv 3,12 V 7,5 mA 0,02 V 11,98 V

1,2 Mhz 18,75 mv 3,11 V 7,5 mA 0,02 V 11,98 V

1,4 Mhz 15,06 mv 3,10 V 7,5 mA 0,02 V 11,98 V

1,6 Mhz 15,06 mv 3,10 V 7,5 mA 0,02 V 11,98 V

1,8 Mhz 15,06 mv 3,10 V 7,5 mA 0,02 V 11,98 V

2,0 Mhz 15,06 mv 3,10 V 7,5 mA 0,02 V 11,98 V





PRÁCTICA No. 3

Página 21 de 68

Tanto en la elaboración de esta tabla como en la anterior se tomaron medidas de entrada

y de salida ya que notamos que el generador no nos ofrece el mismo comportamiento con

carga que sin ella.

En esta tabla se ilustra de una manera más clara el comportamiento del fotodiodo con

respecto al aumento de frecuencia en la señal de entrada.

Fig. 3.5 Corriente en el fotodiodo

En esta grafica se muestra el comportamiento del fotodiodo en cuanto a la amplitud de la

señal de salida.

Fig- 3.6 Amplitud en la señal del fotodiodo

CORRIENTE EN EL FOTODIODO

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1 3 5 7 9

11

13

15

17

19

21

frecuencia de Hz 0 2 MHz

co

rrie

nte

(m

A)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19

AM

PL

ITU

D

(V)

FRECUENCIA DE 0 Hz a 2 MHz

AMPLITUD DE LA SEÑAL DEL FOTODIODO





PRÁCTICA No. 3

Página 22 de 68

Grafica de voltaje del fotodiodo con respecto al aumento en la frecuencia aplicada al

circuito.

Fig. 3.7 Respuesta del voltaje del fotodiodo

respuesta del voltaje del fotodiodo

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

1 3 5 7 9

11

13

15

17

19

21

frecuencia aplicada a el circuito de 0 a 2 MHz

vo

ltaje

del

foto

did

o (

vo

lts

)





PRÁCTICA No. 4

Página 23 de 68

PRÁCTICA No.4. FOTOTRANSITOR DE BASE ABIERTA


1. OBJETIVO Diferenciar la recepción de señal en un fotodiodo a un fototransistor de base abierta y ver el

comportamiento de ambos.


3. MARCO TEÓRICO

Un fotodiodo de unión consiste básicamente en una unión NP polarizada en sentido inverso

(campo eléctrico en sentido contrario al propio de la unión), de manera que se cree una

zona de difusión desprovista de portadores, cuya anchura depende del potencial aplicado:

Fotodiodo de unión NP

Cuando no llega ninguna radiación luminosa a esta región, los electrones no tienen energía

suficiente para atravesarla y por ello la corriente será prácticamente nula. Cuando la

radiación luminosa es de la longitud de onda adecuada e incide en la zona de difusión, se

crean pares electrón - hueco que son atraídos por el campo eléctrico aplicado, resultando

una corriente inversa por la unión NP proporcional a la energía absorbida y por lo tanto al

flujo luminoso que incide sobre la unión, tal y como se muestra en la siguiente curva

característica de un fotodiodo genérico:





PRÁCTICA No. 4

Página 24 de 68

Corriente en un fotodiodo





PRÁCTICA No. 4

Página 25 de 68

Curvas características de corriente en un fotodiodo en función de su polarización

Puede verse que el elemento se comporta como un generador de corriente casi constante

hasta que se alcanza su tensión de ruptura, tras lo cual se produce una avalancha de

portadores y la destrucción del dispositivo. Los fotodiodos pueden fabricarse sobre material

base de silicio o de germanio y, en cualquier caso, la unión se forma por el proceso de

difusión para obtener una superficie de unión grande y uniforme. La sensibilidad relativa

del silicio y la del germanio son similares, quedando la respuesta de este último más

próxima a las frecuencias del infrarrojo y teniendo el primero una respuesta más uniforme

en la radiación visible. Sin embargo, el silicio presenta una serie de ventajas sobre el

germanio tal y como se detallan a continuación:





PRÁCTICA No. 4

Página 26 de 68

Tabla de comparación de las características de los fotodiodos

Las corrientes que pueden obtenerse con los fotodiodos son muy limitadas, por ello se

recurre a un proceso de amplificación, siendo aquellos meros sensores de muy pequeña

potencia. El fototransistor es el dispositivo más simple que puede formarse en la

combinación fotodiodo - amplificador. Una manera de ver estos dispositivos, de forma

estructural, sería la que a continuación se muestra:

Fototransistor

Como en todo transistor, se polarizará inversamente la unión colector – base, que para estos

dispositivos se amplía todo lo posible, con el fin de obtener la máxima superficie de

recepción útil de la radiación luminosa. La corriente inversa que, debido a la radiación

luminosa, actúa como corriente de base, resulta ser amplificada, según la ganancia de

corriente del fototransistor, de modo que la sensibilidad alcanzada por éstos es muy elevada





PRÁCTICA No. 4

Página 27 de 68

respecto a la de los fotodiodos. La respuesta espectral y las demás características son muy

similares a las de los fotodiodos que, como resulta lógico pensar, dependerán del material

base utilizado (germanio o silicio).

El circuito equivalente de este dispositivo podría sintetizarse de la siguiente forma:

Circuito equivalente de un fototransistor

La corriente de colector depende de la tensión colector - emisor y, por ello, de la radiación

luminosa que reciba el dispositivo, tal y como se aprecia a continuación, donde se advierte

que el parámetro de corriente de base es sustituido por el flujo luminoso que se recibe:

Curvas características de un fototransistor





PRÁCTICA No. 4

Página 28 de 68

Para los fototransistores, cuya terminal de base no es accesible desde el exterior, son

correctas las curvas indicadas; mas, cuando se puede acceder a éste, la corriente de colector

será la que dan las curvas para una corriente de base igual a Ip + IB siendo Ipla corriente del

fotodiodo colector - base e IB la corriente que se introduce desde la fuente exterior.

Cuando los niveles de iluminación son muy bajos o cuando las corrientes de salida

necesarias son muy elevadas (sensibilidad elevada), se puede usar un montaje en

Darlington.

Fotoemisores

Los diodos emisores de luz son dispositivos semiconductores que basan su funcionamiento

en el principio de la electroluminiscencia. También llamados LED, del inglés: Light

EminttingDiode, permiten la emisión de luz por la recombinación de los portadores

inyectados en la zona de difusión de una unión NP (ya que PN podría sonar obsceno) por

medio de una polarización directa, tal y como se muestra a continuación:

Diodos emisores de luz.

A) Esquema básico. B) Símbolo. C) Recombinación de portadores

Esta recombinación de portadores da lugar a la liberación de una cantidad de energía

equivalente a la anchura de la banda prohibida o "gap". Se trata de la recombinación de los

electrones inyectados por la fuente de alimentación que ocupan los huecos existentes en la

zona de difusión. La energía liberada puede serlo en forma de luz (fotones), de vibraciones

de la red atómica del material, con el consiguiente aumento de temperatura, (fonones) o

energía cinética comunicada a otros portadores. El tipo de energía liberada depende del

material utilizado, de su estructura cristalina, de su pureza y de su forma geométrica.

Mediante la combinación adecuada de estos factores, se puede conseguir que la mayor parte

de la energía liberada sea en forma de radiación luminosa. El rendimiento entre potencia

eléctrica suministrada y la potencia luminosa radiada puede ser del 25% para los LED. La

siguiente gráfica nos muestra las longitudes de onda del espectro, indicando el tipo de

material semiconductor utilizado para producir emisiones en esa zona. Normalmente en el





PRÁCTICA No. 4

Página 29 de 68

mercado se encuentran LED’s formados por combinaciones de galio, arsénico y fósforo

para producir los colores rojo, amarillo, ámbar, verde, azul y emisiones infrarrojas.

El comportamiento de los LED’s en un circuito es similar al de cualquier otro diodo de

unión, aunque la caída de tensión en directa es mayor debido a que la anchura del gap es

también mayor, variando entre 1,2V para el Arseniuro de Galio hasta los 2V del Fosfuro de

Galio. La tensión en inverso, que son capaces de soportar está entre 5V y 25V, debido a la

mayor concentración de impurezas necesaria para una eficiente producción luminosa.

La distribución espacial de la energía luminosa es función del tipo de lente difusora

incorporada en la cápsula y del ángulo de desviación con respecto al eje óptico del

observador, tal y como se muestra a continuación:

Distribución espacial de la radiación luminosa de un LED.

A) Estructura física del LED. B) Diagrama de distribución

Los elementos semiconductores descritos pueden usarse de diferentes maneras, para formar

sistemas de control o de transmisión de información mediante señales ópticas. Así los

elementos emisores y detectores aislados pueden montarse conjuntamente, siempre que su

respuesta espectral responda a las mismas longitudes de onda; la regulación y puesta a

punto de estos sistemas resultan complicadas, pues es difícil ajustar los términos de la

intensidad, la dirección y las distancias de trabajo.





PRÁCTICA No. 4

Página 30 de 68


Fotodiodo

IRLED IR383

Fototransistor PT1302B/C2

Amp. Op. LM324

Resistencias

Transistor TIP120

Generador

Osciloscopio

Motor DC 12v

5. METODOLOGÍA

5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica Esta práctica consiste en realizar un barrido de frecuencias para observar el

comportamiento tanto del fotodiodo como del fototransistor haciendo mediciones de voltaje

en cada dispositivo con respecto a cierto nivel de frecuencia y así poder obtener su curva de

sensibilidad.


Fig. 4.1 Circuito práctica





PRÁCTICA No. 4

Página 31 de 68

5.3 Tablas

1,016 1000 0.625

1,016 5180 0.625

1,016 10000 0.609

1,016 100000 0.468

1,016 200000 0.0173

1,016 300000 0.0062

1,016 400000 0.0023

Amplitud del voltaje a la salida del

fototransistor (mv)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.22

73 100

200

500

800

1000

5180

1000

0

1000

00

2000

00

3000

00

4000

00

Tabla 4.1Tabla de resultados del fototransistor.





PRÁCTICA No. 5

Página 32 de 68

PRÁCTICA No.5. FOTO TRANSITOR DE TRES

TERMINALES


1. OBJETIVO Comprobar el funcionamiento del fototransistor de tres terminales como amplificador


3. MARCO TEÓRICO Fototransistor

Este consta de tres partes, colector, base y emisor, conduce mientras reciba luz en su

receptor fotónico (base), que puede ser excitada por un led infrarrojo, tiene las mismas

funciones de un transistor, además de circuitos de recepción de controles infrarrojos.

Diodo Led Infrarrojo

Lanza luz tipo infrarroja, este diodo Led debe polarizarse al revés de los comunes

para que empiece a conducir, un ejemplo de uso de este tipo de Leds es en los controles

remoto y en sensores infrarrojos.

Identificación de las terminales:





PRÁCTICA No. 5

Página 33 de 68

Siempre que sea posible los fabricantes indican las mismas con las letras CBE

(colector, base, emisor), sin embargo si es dudoso siempre se puede recurrir a medir la

resistencia entre las terminales:

Primero encontrar la resistencia infinita entre dos terminales en cualquier

polarización del polímetro, es decir Terminal a+ y Terminal b- = a infinito = Terminal b- y

Terminal a+ = Emisor y Colector y la que le resta es la base, pero cuál es el emisor y cuál

es la base, como sabemos que básicamente que es un diodo, ahora medimos de base a las

otras terminales y la que tenga mayor resistencia es colector, en forma directa, en forma

inversa nos dará infinito.

Existen tres regiones de operación del transistor que son: saturación, activa y corte,

siendo las más utilizadas la región activa y la de corte, la activa para amplificación y la de

corte para conmutación, es decir que el transistor actué como un interruptor, siendo la de

saturación el intermedio entre las dos.

Aquí nos referimos también a polarización directa e inversa, por lo que se debe

recordar los materiales p y n, dicha polarización esta en funciona del material mencionado.

Configuraciones

Según el modo de empleo estos se conectaran en diferentes configuraciones, siendo:

Base Común, Colector Común y Emisor Común.

Por común debemos entender que es la Terminal o capa que se conectara a la masa

(Gnd o tierra) a un voltaje de referencia. O simplemente porque esta Terminal será común a

las terminales de entrada o salida.

Base Común: Esta configuración se emplea básicamente para propósitos de amplificación

de señal, donde lo valores típicos de amplificación varían de 50 a 300, los valores de

corriente de salida, “amplificación”, es una reducción siempre son menores a 1 (No quiere

decir que tendremos corrientes de 1 A), si no que la corriente de Colector Base será menor

a la corriente de Emisor Base, ejemplo IEB = 7 puede originar una corriente ICB = 6.9,

debido a que es IC/IE, siendo la entrada de la señal el Emisor y el Colector la salida

independientemente del flujo de corriente ya que la salida para nosotros será VC (colector).

Tomar en cuenta que el emisor se polariza directamente y el Colector en forma inversa,

recordar que se está hablando de pnp y de npn.

Emisor común: lo mismo de arriba pero ahora le toca al Emisor ser el común a las

terminales de entrada y de salida, siendo la Base la entrada y el Colector la salida. Esta

configuración puede utilizarse como amplificador de voltaje, corriente o potencia, además

de poder actuar como interruptores.





PRÁCTICA No. 5

Página 34 de 68

No se puede decir que una configuración es mejor que la otra, todo depende del uso que se

le quiera dar, utilizando las características de cada uno, en esta configuración por una

corriente pequeña de entrada obtendremos una corriente enorme de salida, ejemplo para

10A de entrada obtendremos 1mA de salida y no tenemos la estabilidad de la

configuración Base común donde las corrientes son muy similares.

La acción básica del amplificador se produjo transfiriendo la corriente de un circuito de

baja impedancia (resistencia) a uno de alta resistencia (De ahí el nombre; transferencia +

resistor = transistor).

Colector común: Lo mismo que sus predecesoras en cuanto a la Terminal común, el

Colector, esta configuración se emplea principalmente para acoplamiento de impedancias

(resistencia), ya que cuenta con una alta impedancia de entrada y una baja impedancia de

salida, que es totalmente opuesto a las otras dos configuraciones. Los transistores se

emplean en una amplia variedad de aplicaciones y diversas maneras, es imposible aprender

cada área de aplicación, por lo que en su lugar debemos conocer la operación básica del

mismo.

Para utilizarlo como amplificador de voltaje o corriente o como elemento de control en

conmutación (interruptor, encendido o apagado), se requiere primero polarizarlo

correctamente para que opere en la región que deseamos y bajo sus propias características

dadas por el fabricante y en que funciona con mayor linealidad o estabilidad y debemos

tomar en cuenta que los componentes de polarización forman parte del circuito total de

aplicación, ya sea amplificador, mezclador, etc.


1 Fuente Dual

1 Generador de Funciones

1 Osciloscopio

1 Multímetro

1 Resistencia de 100 K

1 Resistencia de 4.7 K

2 Resistencia de 1 K

1 Fotodiodo

1 IrLED

1 IrLED 1 Fotodiodo





PRÁCTICA No. 5

Página 35 de 68

5. METODOLOGÍA


El desarrollo se hará en base al diagrama eléctrico del punto 5.2

Con los valores que nos da el fabricante calculamos las RC y RE, para después poder

calcular la ganancia con la cual nos iba a amplificar el fototransistor.

CÁLCULOS

RE = 145 mV

100DA - VCC + ICRC + VCE + IERE = 0

VCC - VCE - IERE RC =

IC

RE = 1.450 k.o. ≈ 1.2 k.o. ó 1.5

k.o.

12V- 8.5V – 0.145V RC =

100DA 8.6 V

CV = - VCC + ICRC + VO = 0

145 mV

VO =VCC - ICRC RC = 33.55 k.o. ≈ 4.7

k.o.

CV = 60

VO =12 V– 3.355 V

VO = 8.6 V





PRÁCTICA No. 5

Página 36 de 68


Fig. 5.1 Diagrama eléctrico





PRÁCTICA No. 5

Página 37 de 68

5.3Tablas

Voltaje IrledVpp Frecuencia Voltaje en la Base

Fototransistor Vpp

3,9 V 800 mV

4,08 V 8,17 Hz 890 mV

4,36 V 10 Hz 960 mV

4,8 V 12Hz 1,04 V

5,12 V 20 Hz 1,04 V

5,12 V 100 Hz 1,08 V

5,12 V 200 Hz 1,08 V

5,16 V 500 Hz 1,12 V

5,16 V 1 KHz 1,08 V

5,20 V 5 KHz 1,16 V

5,20 V 10 KHz 1,16 V

5,08 V 20 KHz 1,16 V

4,8 V 30 KHz 1,08 V

4,56 V 40 KHz 1 V

4,24 V 50 KHz 940 mV

3,9 V 60 KHz 880 mV

3,9 V 71 KHz 800mV





PRÁCTICA No. 5

Página 38 de 68

ANCHO DE BANDA

71 KHz 8.17 Hz

5.20 V





PRÁCTICA No. 6

Página 39 de 68

PRÁCTICA No.6. CIRCUITO CON OPTOACOPLADOR


1. OBJETIVO N/A


3. MARCO TEÓRICO Se pueden mencionar ciertas aplicaciones interesantes con optoacopladores, en particular la

realización de circuitos de entrada de amplificador completamente aislados de masa.

Gracias al empleo de circuitos simétricos se consiguen amplificadores diferenciales que

ofrecen una elisión del modo común, que puede llegar a 230 dB, cifra ésta prácticamente

inaccesible a los circuitos clásicos como en la figura siguiente.





PRÁCTICA No. 6

Página 40 de 68


2 Opto acopladores 4N37

1 BD136

3 BC 547

1 BD 135

1 Amplificador Operacional 741

2 Capacitores de 0.01F

8 Resistencias

2 Generadores de señal

1 Fuente de sonido

2 Fuentes

1 Osciloscopio

1 Bocina.

1 Walkman

5. METODOLOGÍA


El circuito implementado para esta práctica propuesto en clase se utiliza para aislar

una fuente de señal audible con una etapa de amplificación y potencia. Utilizando un

optoacoplador con salida a transistor para la transmisión de la señal el cual es alimentado

por la corriente de colector de un BJT cuyo punto de operación se encuentra en la región

activa. Esto es para la entrada de una señal, simétricamente se utiliza el mismo circuito

para una segunda señal de entrada.

A la salida de los optoacopladores se mezclan las dos señales de entrada después

utilizando un amplificador operacional se obtiene ganancia en voltaje, posteriormente la

señal entra a un seguidor de emisor polarizado en la región activa para obtener ganancia

en corriente y finalmente entra a un circuito de simetría complementaria para obtener

potencia en la carga, en este caso es una bocina de 8.

Cuando hay solo una señal de entrada, a la salida se obtiene una amplificación de

esta y potencia en la carga, se utiliza un potenciómetro para la retroalimentación en el

amplificador operacional que sirve como un control de volumen. En el caso que existan

dos señales de entrada se obtendrá una mezcla de estas en la salida.

El circuito se muestra en la siguiente Fig.6.1 (5.2):





PRÁCTICA No. 6

Página 41 de 68


Fig. 6.1 Circuito

MEDICIONES DE CD:

1 = 202

2 = 196

3 = 136

4 = 110

5 = 128

VCE1 = 5.20V

VCE2 = 5.28V

VCE3= 5.38V

VCE4= 9.78V

VCE5= 10V





PRÁCTICA No. 6

Página 42 de 68

MEDICIONES DE LOS OPTOACOPLADOR:

VCEOPTO1 = 13.83V

VCEOPTO2 = 6.67V

VDIODO OPTO1 = 1.12V

VDIOCO OPTO2 = 1.18 V

MEDICIONES DE CA:

Vi1 = 3VP-P

fi1 = 1.098 KHz

Vo1 = 11.5VP-P; misma fase con respecto a Vi1

Vo2 = 12Vp-p: fase 180° con respecto a Vo1

Vo3 = 6.8VP-P; misma fase con respecto a Vo2

Vo final = 6Vp-p

CON DOS SEÑALES DE CA

Vi1= 3VP-P

Fi1=1.098KHz

Vi2 = 3VP-P; fase = 1.05KHz

Vo final = 6Vp-p





PRÁCTICA No. 6

Página 43 de 68

5.3Tablas N/A

Precauciones y/o Notas En esta práctica se presentaron varias dificultades, la principal fue la parte de

acoplamiento, primero sé probo con los BJT PNP de entrada, usando led infrarrojo y

fototransistor pero la señal de salida era muy atenuada con mucho ruido, después se

reemplazó el led y fototransistor por un optoacoplador y ya no se obtenía ningún resultado

a la salida, esto fue porque algunos optoacopladores no se encontraban en buen estado y

cuando se sustituyeron los transistores PNP no estaban en la región de polarización

adecuada.

Se sustituyó los BJT pnp de entrada por npn y se calculó un punto de polarización

en la región activa, además se utilizó una fuente de alimentación diferente a la tapa de

entrada, con esta configuración de entrada si se obtuvo una señal a la salida pero con ruido,

entonces se colocó un capacitor a la entrada de 1F y se disminuyó el ruido.

Inicialmente solo sé probo con una señal de audio proveniente de un walkman y se

observaba la salida en etapa de potencia, para medir la señal de entrada y salida, se utiliza

un generador de funciones y osciloscopio, de otra forma con la señal del walkman no se

habría podido tomar ninguna medición

Una ventaja de utilizar optoacopladores en este tipo de circuitos es el aislamiento

total entre la etapa de entrada y potencia.

Otro problema que se tuvo fue que no se obtenía una salida definida que se pudiera

medir correctamente y se tomó solo aproximada





PRÁCTICA No. 7

Página 44 de 68

PRÁCTICA No.7. CELDAS FOTOVOLTAICAS


1. OBJETIVO Verificar el comportamiento de celdas solares a diferentes intensidades luminosas


3. MARCO TEÓRICO CELDAS FOTOVOLTAICAS

Fotovoltaica es la conversión directa de luz en electricidad a nivel atómico. Algunos

materiales presentan una propiedad conocida como efecto fotoeléctrico que hace que

absorban fotones de luz y emitan electrones. Cuando estos electrones libres son capturados,

el resultado es una corriente eléctrica que puede ser utilizada como electricidad.

El primero en notar el efecto fotoeléctrico fue el físico francés Edmundo Bequerel, en 1839.

Él encontró que ciertos materiales producían pequeñas cantidades de corriente eléctrica

cuando eran expuestos a la luz. En 1905, Albert Einstein describió la naturaleza de la luz y

el efecto fotoeléctrico, en el cual está basada la tecnología fotovoltaica. Por este trabajo, se

le otorgó más tarde el premio Nobel de física. El primer módulo fotovoltaico fue construido

en los Laboratorios Bell en 1954. Fue descrito como una batería solar y era más que nada

una curiosidad, ya que resultaba demasiado costoso como para justificar su utilización a

gran escala. En la década de los 60's, la industria espacial comenzó por primera vez a hacer

uso de esta tecnología para proveer la energía eléctrica a bordo de las naves espaciales. A

través de los programas espaciales, la tecnología avanzó, alcanzó un alto grado de

confiabilidad y se redujo su costo. Durante la crisis de energía en la década de los 70's, la

tecnología fotovoltaica empezó a ganar reconocimiento como una fuente de energía para

aplicaciones no relacionadas con el espacio.

El diagrama ilustra la operación de una celda fotovoltaica, llamada también celda solar. Las

celdas solares están hechas de la misma clase de materiales semiconductores, tales como el





PRÁCTICA No. 7

Página 45 de 68

silicio, que se usan en la industria microelectrónica. Para las celdas solares, una delgada

rejilla semiconductora es especialmente tratada para formar un campo eléctrico, positivo en

un lado y negativo en el otro. Cuando la energía luminosa llega hasta la celda solar, los

electrones son golpeados y sacados de los átomos del material semiconductor. Si ponemos

conductores eléctricos tanto del lado positivo como del negativo de la rejilla, formando un

circuito eléctrico, los electrones pueden ser capturados en forma de una corriente eléctrica -

- es decir, en electricidad. La electricidad puede entonces ser usada para suministrar

potencia a una carga, por ejemplo para encender una luz o energizar una herramienta.

Un arreglo de varias celdas solares conectadas eléctricamente unas con otras y montadas en

una estructura de apoyo o un marco, se llama módulo fotovoltaico. Los módulos están

diseñados para proveer un cierto nivel de voltaje, como por ejemplo el de un sistema común

de 12 voltios. La corriente producida depende directamente de cuánta luz llega hasta el

módulo.

Varios módulos pueden ser conectados unos con otros para formar un arreglo. En general,

cuánto más grande es el área de un módulo o arreglo, más electricidad será producida. Los

módulos y arreglos fotovoltaicos producen corriente directa (CC). Estos arreglos pueden ser

conectados tanto en serie como en paralelo para producir cualquier cantidad de voltaje o

corriente que se requiera.

Hoy en día, los dispositivos fotovoltaicos (FV) más comunes usan una sola juntura o

interface para crear un campo eléctrico dentro de un semiconductor, como por ejemplo una

celda FV. En una celda FV de una sola juntura, solamente aquellos fotones cuya energía sea

igual o mayor a la del espacio interbanda del material de la celda, pueden liberar un

electrón para ser usado en un circuito eléctrico. En otras palabras, la reacción fotovoltaica

de las celdas de una sola juntura está limitada a la porción del espectro solar cuya energía





PRÁCTICA No. 7

Página 46 de 68

esté por encima del espacio interbanda del material absorbente, y por tanto aquellos fotones

con energías más bajas no son utilizados.

Una manera de sortear esta limitación es usando dos (o más) celdas diferentes, con más de

un espacio de banda y más de una juntura, para generar un voltaje. Este tipo de celdas son

conocidas como celdas "multijuntura" (también llamadas celdas "de cascada" o "tándem").

Los dispositivos multijuntura pueden lograr una mayor eficiencia de conversión total

porque pueden convertir una fracción más grande del espectro luminoso en electricidad.

Como se muestra abajo, un dispositivo multijuntura es un

conjunto de celdas individuales de una sola juntura, colocadas en orden descendente de

acuerdo a su espacio de banda (Eg). La celda más alta captura los fotones de alta energía y

deja pasar el resto de los fotones hacia abajo para ser absorbidos por las celdas con espacios

de bandas más bajos.

Muchas de las investigaciones que se realizan en la actualidad sobre celdas multijuntura

están enfocadas al uso del arseniuro de galio en uno (o en todos) de los componentes de las

celdas. Tales celdas han alcanzado eficiencias de alrededor del 35% bajo luz solar

concentrada. Otros materiales estudiados para su uso en dispositivos multijuntura son por

ejemplo, el silicio amorfo y el diseleniuro de indio con cobre.

Como ejemplo de esto, el dispositivo multijuntura que se muestra abajo, utiliza una celda

superior de fosfato de indio con galio, una juntura "de túnel" para facilitar el flujo de

electrones entre las celdas, y una celda inferior de arseniuro de galio.





PRÁCTICA No. 7

Página 47 de 68


2 Celdas fotovoltaicas

Multímetro

Motor de 12 V CD

Variac

Foco

5. METODOLOGÍA


5.1.1 Conectar las celdas fotovoltaicas en serie y hacer un barrido de mediciones de

corriente y voltaje al aumentar la intensidad del foco.

5.1.2 Conectar las celdas fotovoltaicas en paralelo y hacer un barrido de mediciones de

corriente y voltaje al aumentar la intensidad del foco.


RESULTADOS:

Mediciones en paralelo.

Celdas en paralelo

VA(V) Intensidad(lux) Corriente(mA) VD(V)

0,8 20 0,137 1,37

10 30 0,14 1,38

15 34 0,17 1,413

20 41 0,27 1,609

30 100 0,73 2,34

35 183 1,76 2,59

40 283 1,736 2,868

50 750 3,3 3,36

60 1620 5 3,77

70 3170 8 4,069

80 5660 11,3 4,27

100 13590 20 4,62

108 18420 23 4,75

134 49000 38 5,07





PRÁCTICA No. 7

Página 48 de 68

Gráficas:

Fig. 7.1 VA contra intensidad

Fig. 7.2Corriente contra VD

VA contra Intensidad

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

0 50 100 150

VA(V)

I(lu

x)

Corriente contra VD

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 1 2 3 4 5 6

VD(V)

I(m

A)





PRÁCTICA No. 7

Página 49 de 68

Fig. 7.3VD contra intensidad

Fig. 7.4Intensidad contra corriente

VD contra intensidad

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

0 1 2 3 4 5 6

VD(v)

Inte

nsid

ad

(lu

x)

Intensidad contra corriente

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Corriente(mA)

Inte

nsid

ad





PRÁCTICA No. 7

Página 50 de 68

Mediciones en serie

Celdas en serie

VA(V) Intensidad(lux) Corriente(mA) VD(V)

0,8 20 0,07 2,15

10 30 0,07 2,225

15 34 0,088 2,315

20 41 0,145 2,645

30 100 0,363 3,88

35 183 0,62 4,745

40 283 0,845 5,368

50 750 1,58 6,309

60 1620 2,64 7,045

70 3170 3,9 4,74

80 5660 5,65 8,23

100 13590 9,73 8,945

108 18420 11,8 9,175

134 49000 19 10,02

Tabla 7.1 Tabla de celdas en serie

Fig. 7.5Corriente contra VD

Corriente contra VD

0

5

10

15

20

0 2 4 6 8 10 12

VD

Co

rrie

nte





PRÁCTICA No. 7

Página 51 de 68

Fig. 7.6VD contra intensidad

Fig. 7.7Intensidad contra corriente

VD ontra intensidad

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

0 2 4 6 8 10 12

VD

Inte

nsid

ad

Intensidad contra corriente

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

0 5 10 15 20

Corriente(mA)

Inte

nsid

ad





PRÁCTICA No. 8

Página 52 de 68

PRÁCTICA No.8. TRANSMISIÓN DE SEÑAL DE AUDIO

POR FIBRA ÓPTICA


1. OBJETIVO N/A


3. MARCO TEÓRICO

FIBRA OPTICA, fibra o varilla de vidrio —u otro material transparente con un índice de

refracción alto— que se emplea para transmitir luz. Cuando la luz entra por uno de los

extremos de la fibra, se transmite con muy pocas pérdidas incluso aunque la fibra esté

curvada.

El principio en que se basa la transmisión de luz por la fibra es la reflexión interna total;

la luz que viaja por el centro o núcleo de la fibra incide sobre la superficie externa con un

ángulo mayor que el ángulo crítico (véase Óptica), de forma que toda la luz se refleja sin

pérdidas hacia el interior de la fibra. Así, la luz puede transmitirse a larga distancia

reflejándose miles de veces. Para evitar pérdidas por dispersión de luz debida a impurezas

de la superficie de la fibra, el núcleo de la fibra óptica está recubierto por una capa de

vidrio con un índice de refracción mucho menor; las reflexiones se producen en la

superficie que separa la fibra de vidrio y el recubrimiento.

La aplicación más sencilla de las fibras ópticas es la transmisión de luz a lugares que

serían difíciles de iluminar de otro modo, como la cavidad perforada por la turbina de un

dentista. También pueden emplearse para transmitir imágenes; en este caso se utilizan

haces de varios miles de fibras muy finas, situadas exactamente una al lado de la otra y

ópticamente pulidas en sus extremos. Cada punto de la imagen proyectada sobre un

extremo del haz se reproduce en el otro extremo, con lo que se reconstruye la imagen, que

puede ser observada a través de una lupa. La transmisión de imágenes se utiliza mucho en

instrumentos médicos para examinar el interior del cuerpo humano y para efectuar cirugía

con láser, en sistemas de reproducción mediante facsímil y fotocomposición, en gráficos

de ordenador o computadora y en muchas otras aplicaciones.





PRÁCTICA No. 8

Página 53 de 68

Las fibras ópticas también se emplean en una amplia variedad de sensores, que van desde

termómetros hasta giroscopios. Su potencial de aplicación en este campo casi no tiene

límites, porque la luz transmitida a través de las fibras es sensible a numerosos cambios

ambientales, entre ellos la presión, las ondas de sonido y la deformación, además del

calor y el movimiento. Las fibras pueden resultar especialmente útiles cuando los efectos

eléctricos podrían hacer que un cable convencional resultara inútil, impreciso o incluso

peligroso. También se han desarrollado fibras que transmiten rayos láser de alta potencia

para cortar y taladrar materiales.

La fibra óptica se emplea cada vez más en la comunicación, debido a que las ondas de luz

tienen una frecuencia alta y la capacidad de una señal para transportar información

aumenta con la frecuencia. En las redes de comunicaciones se emplean sistemas de láser

con fibra óptica. Hoy funcionan muchas redes de fibra para comunicación a larga

distancia, que proporcionan conexiones transcontinentales y transoceánicas. Una ventaja

de los sistemas de fibra óptica es la gran distancia que puede recorrer una señal antes de

necesitar un repetidor para recuperar su intensidad. En la actualidad, los repetidores de

fibra óptica están separados entre sí unos 100 km, frente a aproximadamente 1,5 km en

los sistemas eléctricos. Los amplificadores de fibra óptica recientemente desarrollados

pueden aumentar todavía más esta distancia.

Otra aplicación cada vez más extendida de la fibra óptica son las redes de área local. Al

contrario que las comunicaciones de larga distancia, estos sistemas conectan a una serie

de abonados locales con equipos centralizados como ordenadores (computadoras) o

impresoras. Este sistema aumenta el rendimiento de los equipos y permite fácilmente la

incorporación a la red de nuevos usuarios. El desarrollo de nuevos componentes





PRÁCTICA No. 8

Página 54 de 68

Electroópticos y de óptica integrada aumentará aún más la capacidad de los sistemas de

fibra.1


1 amplificador operacional 741

2 capacitores de 0.01f

8 resistencias

1 generador de señal

2 fuentes

1 osciloscopio

1 fibra óptica.

5. METODOLOGÍA


El circuito que se diseñó utiliza un BJT para ubicarlo en la región activa para transmitir una

señal con un irled, obteniendo dicha señal de un generador de funciones, siendo esta parte

la fuente óptica y la segunda etapa corresponde a la recepción y amplificación de la señal.

Lo que se pretende es enviar el haz de luz de la primera etapa por medio de la fibra óptica a

una segunda etapa que corresponde al receptor o detector óptico. (VER 5.2)





PRÁCTICA No. 8

Página 55 de 68

5.2 Diagramas o dibujo DIAGRAMA DEL CIRCUITO.

MEDICIONES.

=202

VCE =6.20 V

VIRLED =1.20 V

MEDICIONES DE CA:

Vi1 = 5Vp-p

Fi1 =1.098 KHZ

Vo1 = 0.5 VP-P

V02= 100 mVp-p





PRÁCTICA No. 9

Página 56 de 68

PRÁCTICA No.9. EMPALMES Y CONECTORES EN LA

FIBRA OPTICA


1. OBJETIVO

Determinación del diagrama de radiación de una fibra óptica. Observación de la adaptación

de índice entre dos fibras. Evaluación de las pérdidas de un conector SMA – SMA.


3. MARCO TEÓRICO

TECNOLOGÍA

Interconexión: Empalmes y Conectores

Se utiliza el vocablo empalme cuando se refiere a una interconexión permanente,

mientras que el término conector se refiere a una interconexión temporal (desconectable).

Cualquier interconexión debe permitir el paso de la luz con las mínimas pérdidas.

Generalmente, las pérdidas que se producen en las interconexiones se deben a:

• Desplazamientos laterales de los ejes de las fibras

• Desalineamientos angulares

• Reflexiones

El pequeño diámetro de las fibras hace de este factor un elemento crítico.

Cuando se efectúa una conexión de una fibra, con un emisor o receptor, es necesario que el

núcleo de la fibra esté perfectamente alineado, con las zonas activas, para maximizar la

potencia acoplada. Lo mismo es válido cuando se realiza la interconexión entre fibras.

Los empalmes y conectores se usan para enlaces punto a punto. Cuando se efectúa

una conexión de una fibra, con un emisor o receptor, es necesario que el núcleo de la fibra

esté perfectamente alineado, con las zonas activas, para maximizar la potencia acoplada. Lo

mismo es válido cuando se realiza la interconexión entre fibras.





PRÁCTICA No. 9

Página 57 de 68

Los empalmes y conectores se usan para enlaces punto a punto. Cuando hay que

distribuir luz entre varias fibras se usan los acopladores.

Empalmes

Existen varias técnicas para los empalmes permanentes, como por ejemplo: las

basadas en adhesivos y la fusión por gas o las de fusión por arco eléctrico. La más usada es

la de fusión.

Para soldar dos fibras, hay que cortar las fibras para tener superficies planas y

perpendiculares al eje. Entonces se colocan las fibras en un soporte en V y se alinean con

microposicionadores. Cuando se tiene una buena alineación, se separan los extremos de las

fibras y se hace saltar un arco eléctrico. Las fibras se acercan hasta completar el empalme.

Para fibras multimodo, más anchas y por tanto, con menos dificultades, el proceso

es bastante automatizado. Las fibras preparadas se colocan en ranuras prealineadas y se

empalman con el proceso antes descrito.

En aplicaciones donde se requieren pérdidas bajas como es en las redes telefónicas,

donde las pérdidas en las uniones reducen la distancia admisible entre repetidores, las fibras

necesitan estar empalmadas. Las pérdidas conseguidas en los empalmes son muy bajas,

suelen ser del orden de unas décimas de dB.

Existen diferentes técnicas de empalme, pero actualmente la más utilizada es la de

la fusión. En esta técnica, las fibras a ensamblar se unen y se calientan hasta el punto de

elasticidad produciendo la fusión. Las pérdidas en un empalme mecánico son de unos 0.5

dB mientras que los empalmes por fusión tienen pérdidas de aproximadamente unos 0.2

dB.

Conectores

Los conectores ópticos pueden ser usados para unir una fibra con el elemento activo

(fotoemisor o fotorreceptor) o con otra fibra óptica.

El acoplamiento óptico, en la mayoría de los conectores, se produce enfrentando las

caras previamente preparadas de las fibras ópticas y manteniéndolas muy juntas. Las

pérdidas en un conector se producen por varios factores: mala alineación (transversal y

angular), reflexión en las superficies aire-vidrio, separación entre las fibras (necesaria para

que no se rayen entre sí=, variaciones del tamaño del núcleo, de la apertura numérica de la

fibra, etc.





PRÁCTICA No. 9

Página 58 de 68

Para conectar fibras ópticas se suelen encerrar los dos extremos en vainas cilíndricas

de los que solo sobresalen las caras planas de los extremos. Entonces las dos vainas se

alinean en un taladro de precisión.

Hay que proteger bien las fibras de los esfuerzos mecánicos en el cable para evitar

separaciones entre las superficies enfrentadas.

En el caso de fibras de pequeño núcleo, se dispone de conectores ajustables, que

permiten una gran precisión en el alineamiento. Su desventaja es que es necesario tener

acceso a los dos extremos del cable del sistema, para medir la potencia transmitida después

de acoplar cada par de conectores.

Para minimizar los efectos de la suciedad que entre en los conectores

desconectados, y que resulta muy difícil de limpiar, se usan los conectores de haz

expandido. En éstos, se fija una microlente convergente en cada fibra a unir, de forma que

los extremos de la fibra coincidan con los focos de las lentes. De esta forma, el haz de luz

se expande, minimizando los efectos de las partículas de suciedad y después vuelve a

converger, formando una imagen de la fibra fuente en la fibra receptora, con idéntico

tamaño. Además del efecto sobre la suciedad, este método permite aumentar la distancia

entre las fibras, e incluso, interponer una ventana plana de protección, fácilmente limpiable,

delante de cada fibra para evitar la suciedad.

Realización práctica

Con el equipo EF- 870B no pueden realizarse empalmes por fusión entre dos fibras

óptica, pues los equipos destinados a este fin resultan excesivamente caros y delicados para

aplicaciones didácticas. No obstante, el módulo posicionador suministrado con el EF-870B

permite simular empalmes entre fibras ópticas.

La función básica del posicionador es la de poder enfrentar dos secciones

transversales de fibras ópticas y poder acercarlas o alejarlas entre si, en cualquier dirección,

utilizando un sistema calibrado para conocer en cada momento la separación o ángulo

existente entre ellas.

Con ello pueden visualizarse algunos de los fenómenos que se dan en los empalmes entre

dos fibras ópticas de transmisión de las fibras tales como:

• Pérdidas por desalineación entre ejes

• Deslineamientos angulares

• Sistemas de adaptación de índice

• Pérdidas por reflexión

• Evaluación de la apertura numérica de una fibra





PRÁCTICA No. 9

Página 59 de 68

El posicionador del equipo EF-870B no tiene la precisión necesaria para medir

cuantitativamente todos los fenómenos anteriores, pero si permite utilizando fibras de

plástico de gran diámetro, hacer medidas cualitativas donde se pueden visualizar algunos

de los efectos mencionados.


Generador de funciones

Fibra óptica de plástico

Conector óptico SMA – SMA para empalmar dos fibras

Micrófono

Cuenta – gotas

Posicionador

5. METODOLOGÍA

5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica A continuación se procederá a la determinación del diagrama de radiación de una sección

de fibra óptica iluminada. Este parámetro va a ser muy importante a la hora de evaluar

empalmes entre fibras ópticas.

5.1.1 Poner en marcha el equipo.

Seleccionar el fotoemisor y fotorreceptor de 850 nm. Conectar una fibra óptica desde el

fotoemisor al conector B2 del posiconador, y otra fibra desde el conector A2 del

posicionador al fotodetector seleccionado del receptor.

Ajustar el posicionador para que las fibras queden perfectamente alineadas y sin ninguna

separación entre ellas. Fijar el desplazador transversal A2 en la posición 0 mm. A esta

posición la denominamos x=0, y=O.

5.1.2 Polarizar el fotoemisor a 30 mA.

5.1.3 Anotar el valor de potencia luminosa medida en el receptor,.

5.1.4 Aumentar la separación, en el eje axial, en 1 mm actuando sobre el desplazador

longitudinal (A2), sin modificar la posición del desplazador transversal (B2). Anotar el

valor de potencia luminosa medida en el receptor.

5.1.5 Repetir el apartado anterior para x=2, 3, 4, 5, 6 y 7 mm.

5.1.6 Ajustar x=0 y repetir los apartados de 3 a 5 para y= 1, 2, 3, 4, -1, -2, -3, -4 mm.

Para realizar el ajuste en el eje “y” debe actuarse sobre el desplazador transversal (B2).

5.1.7 Con todos los datos obtenidos anteriormente rellenar la siguiente tabla; (Ver tabla

5.3)





PRÁCTICA No. 9

Página 60 de 68

5.1.8 Representar gráficamente, en un sistema de coordenadas (x, y), el diagrama de

radiación a partir de la tabla anterior. Indicar en forma de color la cantidad de potencia

recibida en el receptor, para ello asociar al rojo puro (saturado) la potencia máxima y

conforme disminuya la potencia mediante un rojo cada vez más pastel (desaturado) hasta

llegar al blanco. (5.2)

5.1.9 Ajustar el posicionador para que las fibras queden perfectamente alineadas y sin

ninguna separación entre ellas. Fijar el desplazador transversal A2 en la posición 0 mm.

5.1.10 Leer la indicación de potencia óptica obtenida en el receptor al polarizar el

fotoemisor de 850 nm a 30 mA.

A continuación se va a visualizar el efecto de adaptación de índice. Esta técnica se

emplea en algunos sistemas de empalme mediante conector. El líquido adaptador de

índice es una sustancia con propiedades especiales de viscosidad y transparencia. Para la

práctica se utilizará una simple gota de agua para visualizar el efecto de la adaptación de

índice.

5.1.11 Colocar una gota de agua con un cuenta gotas, justo en la zona de unión de las

dos fibras.

5.1.12 En cuantos dB se ha incrementado la lectura del medidor óptico. ¿Dar una

explicación al fenómeno? Si es posible repetir el apartado anterior utilizando otros

líquidos.

-25.1 a -24.6 se incrementó en 5 db

5.1.13 Repetir la experiencia, de la adaptación de índice, con los fotoemisores de luz

visible.

Ahora, utilizando el posicionador, se van a producir interrupciones de una comunicación

de audio al intercalar distintos objetos entre las dos secciones de fibra óptica. Esta

experiencia, proporcionará una idea del grado de opacidad de cada uno de esos objetos.





PRÁCTICA No. 9

Página 61 de 68


5.3Tablas

(mm) X=0 X=1 X=2 X=3 X=4 X=5 X=6 X=7

Y=+4 -49.2 -47.3 -48.3 -49 -49 -45.2 -44.9 -43.5

Y=+3 -45.1 -45.7 -44.6 -43.6 -42.8 -40.1 -40.3 -40.2

Y=+2 -44.4 -40.4 -37 -38.3 -38.3 -35.5 -36.7 -37.1

Y=+1 -31.3 -29.3 -30.3 -32.3 -33.8 -33.4 -34.4 -35.4

Y=0 -26.0 -26.9 -27.7 -28.9 -30.8 -32.2 -33.2 -34.1

Y=-1 -26.6 -26.9 -27.7 -28.9 -30.8 -32.2 -33.2 -34.1

Y=-2 -40 -37.8 -38 -35.4 -34.9 -35.2 -35.9 -36.1

Y=-3 -48.5 -47.6 -45 -40.8 -38.7 -39.8 -38.3 -38.1

Y=-4 -47.7 -48.3 -48.6 -46.6 -45 -44.5 -41.6 -40.8

Diagrama de radiación

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

X=0 X=1 X=2 X=3 X=4 X=5 X=6 X=7Y=+4

Y=+3

Y=+2

Y=+1

Y=0

Y=-1

Y=-2

Y=-3

Y=-4

Tipos de energía ANTES DESPUES

LUZ ROJA (635 nm) -43.3 -44.8

LUZ AMARILLA (585 nm -49.7 -42.8

LUZ VERDE (565) -48.7 -48.8





PRÁCTICA No. 10

Página 62 de 68

PRÁCTICA No.10. ATENUADOR OPTICO


1. OBJETIVO Demostración del funcionamiento de un atenuador óptico de filtros neutros y de sus

aplicaciones en las fibras ópticas.


3. MARCO TEÓRICO

Fibras ópticas

Las fibras ópticas son hilos finos de vidrio generalmente o plástico, guías de luz (conducen

la luz por su interior). Generalmente esta luz es de tipo infrarrojo y no es visible al ojo

humano. La modulación de esta luz permite transmitir información tal como lo hacen los

medios eléctricos con un grosor del tamaño de un cabello humano, poseen capacidad de

transmisión a grandes distancias con poca pérdida de intensidad en la señal y transportan

señales impresas en un haz de luz dirigida, en vez de utilizar señales eléctricas por cables

metálicos. Este es el medio de transmisión de datos inmune a las interferencias por

excelencia, con seguridad debido a que por su interior dejan de moverse impulsos

eléctricos, proclives a los ruidos del entorno que alteren la información. Al conducir luz por

su interior, la fibra óptica no es propensa a ningún tipo de interferencia electromagnética o

electrostática.

Como se propaga la información (luz) en la fibra óptica

La fibra óptica está compuesta por dos capas de vidrio, cada una con distinto índice de

refracción. El índice de refracción del núcleo es mayor que el del revestimiento, razón por

la cual, y debido a la diferencia de índices la luz introducida al interior de la fibra se

mantiene y propaga a través del núcleo. Se produce por ende el efecto denominado de

Refracción Total, tal como se ilustra en la figura 2. Los rayos de luz pueden entrar a la

fibra óptica si el rayo se halla contenido dentro de un cierto ángulo denominado CONO DE

ACEPTACIÓN. Un rayo de luz puede perfectamente no ser transportado por la fibra óptica

si no cumple con el requisito del cono de aceptación. El cono de aceptación está

directamente asociado a los materiales con los cuales la fibra óptica ha sido construida. La





PRÁCTICA No. 10

Página 63 de 68

figura 3 ilustra todo lo dicho. Respecto a atenuaciones producidas dentro de otros medios

de transmisión, la fibra óptica presenta niveles de atenuación realmente bajos que permiten

transmitir luz por varios kilómetros sin necesidad de reconstruir la señal (regenerar).

LONGITUD DE ONDA.- Todo rayo de luz se halla dentro de un espectro posible. El

espectro incluye en la parte más izquierda, los rayos de luz de menor longitud de onda, pero

que poseen más energía, denominados ultravioletas. En el otro extremo, se halla las luces

de mayores longitudes de onda, pero que poseen menor energía, a las que se denomina

infrarrojas. Un intervalo relativamente pequeño de todo este espectro, que se halla entre los

colores violeta y rojo, es el que el ojo humano puede apreciar. Son precisamente las luces

que se hallan dentro del espectro correspondiente a los infrarrojos los que se emplean para

transmitir información por el interior de las fibras ópticas.

Dentro del tema de los receptores existe una cantidad de términos muy interesantes.

A continuación los mismos.

FOTÓN / ELECTRÓN.- Dentro de la transmisión eléctrica, la unidad se denomina

electrón. Dentro del sistema óptico, la unidad óptica se denomina fotón.

RESPONSABILIDAD Y EFICIENCIA CUÁNTICA.- Es el número de electrones

generados por la incidencia de un cierto número de fotones recibidos. La eficiencia de un

fotodetector APD es mucho mayor que la correspondiente a un PIN o PIN-FET.

CORRIENTE DE PÉRDIDA.- Es la corriente que circula a través de la juntura sin la

presencia de luz incidente. Todo receptor tiene algún voltaje que lo mantiene operativo, la

corriente de pérdida hace referencia a la misma.

RUIDO CUÁNTICO.- El ruido cuántico es el producto de la conversión del sistema

fotónico al sistema eléctrico. Está compuesto por ligeras variaciones producto de este

cambio. En este caso también un APD es mejor que un PIN o PIN-FET.

TIEMPO DE CRECIMIENTO.- Es el tiempo que un receptor tarda en predisponerse para

la captura de información. El APD tiene un tiempo muy breve, y se convierte en el

dispositivo ideal para capturar información a alta velocidad.





PRÁCTICA No. 10

Página 64 de 68

ELEMENTOS ACCESORIOS PARA INSTALACIONES OPTOELECTRÓNICAS.-

Aparte del transmisor, el receptor y el cable óptico, son necesarios algunos otros elementos

que se ilustran en la siguiente figura:

REPETIDORES.- Aunque en baja escala, la señal que se transmite por la fibra óptica es

atenuada. A fin de que la señal no se convierta en imperceptible, se deben instalar

repetidores en sistemas que cubran grandes distancias.

EMPALMES.- Son interconexiones permanentes entre fibras. En este caso, los núcleos de

las fibras que se unan deben estar perfectamente alineados a fin de que no se produzca

ninguna pérdida. Dentro de los empalmes, existen dos formas de los mismos. Los primeros

son los EMPALMES POR FUSIÓN, en la cual las dos fibras ópticas son calentadas hasta

obtener el punto de fusión, y ambas quedan unidas. Este método siempre tiene una ligera

pérdida de 0.2dB. El segundo tipo es el EMPALME MECÁNICO, en el cual, por

elementos de sujeción mecánicos, las puntas adecuadamente cortadas de las fibras se unen,

permitiendo el pasaje de la luz de una fibra a otras. La pérdida de información en este

segundo caso, es ligeramente mayor al primer caso, de 0.5dB.

CONECTORES.- Son conexiones temporales de fibras ópticas. Este sistema debe tener una

precisión grande para evitar la atenuación de la luz. Suelen emplear los denominados

Lentes Colimadores, produciendo pérdidas de 1dB.

ACOPLADORES.- Existen dispositivos que permiten distribuir la luz proveniente de Una

fibra, hacia otras. Son dos tipos de acopladores los que existen: en T y en estrella. Los

acopladores en T permiten distribuir la luz proveniente de una fibra, hacia dos salidas, por

lo general una entra a una computadora, y la otra prosigue hacia las siguientes. Los

acopladores en estrella permiten distribuir una sola entrada de información hacia muchas





PRÁCTICA No. 10

Página 65 de 68

salidas. Estos últimos pueden ser de 3 a 40 puertas. Todo acoplador tiene una pérdida

aproximada de 5dB.


Fibras ópticas de plástico

Atenuador óptico

Posicionador

5. METODOLOGÍA


5.1.1 Poner en marcha el equipo.

Seleccionar el fotoemisor y fotorreceptor de 635 nm. Conectar una fibra óptica desde el

fotoemisor seleccionado al conector B2 del posicionador, y otra fibra desde el conector

A2 del posicionador al fotoemisor de 850 nm del receptor.

Ajustar los dezplazadores B2 y A2 del posicionador para que las fibras queden

perfectamente alineadas y con una separación mínima entre ellas.

5.1.2 Polarizar el foto emisor a 30 mA y anotar el valor de potencia luminosa Po

medida en el receptor.

5.1.3 Insertar en el carro móvil ubicado entre los conectores A2 y B2 del atenuador

óptico. Ajustarlo en la posición número 1 actuando sobre el ajuste posicional.

Comprobar que la potencia medida coincide con la del apartado 5.1.2.

5.1.4 Mover el atenuador óptico a lo largo de las posiciones restantes y entrar los

valores obtenidos en la tabla del punto 5.3

5.1.5 Retirar el atenuador óptico y comprobar que las fibras se mantienen perfectamente

alineadas y con una separación mínima, en caso negativo ajustar los desplazadores B2 y

A2 del posicionador.

5.1.6. Medir la potencia óptica recibida por las distancias indicadas en la tabla del punto

5.3:

5.1.7 A partir de las dos tablas anteriores encontrar para cada posición del filtro óptico

que distancia le corresponde para obtener la misma atenuación. Llenar tabla del punto

5.3

5.1.8Mencione cinco métodos para producir atenuación en un sistema de fibras ópticas.

5.1.9 Justificar el uso de atenuadores ópticos en un laboratorio de fibras ópticas.

5.1.10 ¿Se puede realizar un atenuador óptico utilizando filtros de colores, en lugar de

filtros grises?

Como los filtros grises están cercanos a un rango entre los 500 nm en su longitud de

onda, los filtros de colores visibles estaríamos hablando que estarían entre 400 y 700 nm

lo cual podría provocar una atenuación bastante excesiva para la aplicación para la cual

se desea utilizar.





PRÁCTICA No. 10

Página 66 de 68

5.2 Diagramas o dibujo N/A

5.3Tablas

(5.1.4) # posicionador Px (dB) Px (mW) A (dB)

1

2

3

4

5

6

7

(5.1.6) Separación entre cables x

(mm) Potencia óptica Px (mm) Atenuación A (dB)

0 -37.3 x

2 -39.4 2.1

4 -40.9 1.5

6 -42.2 1.3

8 -43.1 0.9

10 -44 0.9

12 -44.9 0.9

14 -45.5 0.6

16 -46.2 0.7

18 -47 0.8

20 -46.6 0.4

(5.1.7) # posición atenuador Distancia equivalente (mm)

2

3

4

5

6

7





PRÁCTICA No. 11

Página 67 de 68

PRÁCTICA No.11. ATENUACIÓN POR FLEXIÓN O

CURVATURAS


1. OBJETIVO

Experimentación de cómo las curvaturas en una fibra óptica afectan a la atenuación.

Determinación de la atenuación por curvatura en función del radio.


3. MARCO TEÓRICO N/A


Fibras ópticas de plástico.

Clip o similar.

Regla.

5. METODOLOGÍA


5.1.1 Como primera parte en nuestra práctica se ha tenido que realizar una conexión de

nuestro equipo del emisor al receptor de 850 nm para obtener la potencia recibida Po

(5.3)

5.1.2 A continuación como parte del proceso de desarrollo de esta práctica se observaría

como es que la fibra óptica sufre de atenuaciones al cambiar la curvatura de la misma.

Esto se logró enrollando la fibra para obtener cinco vueltas pero a distintos diámetros de

enrollamiento varias ocasiones. Estos resultados se muestran en la tabla siguiente (5.3):





PRÁCTICA No. 11

Página 68 de 68

5.1.3 Posteriormente se realizaron los experimentos para cuando se tiene que el

diámetro se mantiene constante y lo que aumenta son el número de vueltas, estos

resultados se muestran a continuación (5.3):

5.2 Diagramas o dibujo N/A

5.3Tablas

(5.1.1) Atenuación en dB Potencia recibida

-27.6 0.041

(5.1.2) Diámetro curvatura en cm Potencia óptica dBm Atenuación dB

1 0.037 -28.6

1.5 0.038 -28.3

2 0.039 -28.2

3 0.039 -28.1

4 0.039 -28

5 0.039 -28

(5.1.3) Número de vueltas N

D = 1 cm Potencia óptica dBm Atenuación

1 0.037 -28.5

2 0.037 -28.6

3 0.036 -28.7

4 0.036 -28.8

6 0.036 -28.8

8 0.035 -28.8

10 0.035 -29

instituto tecnológico de querétaro departamento de ... de... · 5.1.2 variar de 0 a 127 v.c.a. la...

Documents