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OOPPTTOOEELLEECCTTRRÓÓNNIICCAA

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Electrónica analógica

Unidad 9. Optoelectrónica. 1

ÍNDICE

OBJETIVOS ................................................................................................. 3

INTRODUCCIÓN .......................................................................................... 4

9.1. TEORÍA FOTOELÉCTRICA .................................................................... 5 9.1.1. Conocimientos previos ......................................................................... 5

9.1.1.1. Radiación ....................................................................................... 5 9.1.1.2. Magnitudes fundamentales ........................................................... 6

9.1.2. Teoría fotoeléctrica ........................................................................... 7 9.1.3. Fotoemisividad .................................................................................. 8 9.1.4. Fotoconductividad ............................................................................. 8

9.2. FOTOSEMICONDUCTORES .................................................................. 9 9.2.1. Fotodiodos ........................................................................................ 9 9.2.2. Fototransistores .............................................................................. 10 9.2.3. Fototiristores ................................................................................... 12

9.3. DIODOS EMISORES DE LUZ ............................................................... 13

9.4. FOTOACOPLADORES ......................................................................... 18 9.4.1. Optotransistores .............................................................................. 18 9.4.2. Optotriac .......................................................................................... 21

9.5. VISUALIZADORES ............................................................................... 22 9.5.1. Indicadores luminiscentes ............................................................... 22 9.5.2. Indicadores de cristal líquido ........................................................... 22

RESUMEN .................................................................................................. 25

Electrónica Analógica

UD9..- Optoelectrónica

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OBJETIVOS

Los objetivos que el alumno debe alcanzar tras el estudio de la presente unidad son:

Conocer las bases de funcionamiento de los componentes electrónicos relacionados con las radiaciones luminosas.

Saber aplicar las posibilidades de los diodos LED como testigos e indicadores.

Sentar los principios básicos de funcionamiento de los cuadros digitales de cristal líquido.

Conocer los optoacopladores, dispositivos aislantes muy usados en electrónica.

UD9.-Optoelectrónica 4

INTRODUCCIÓN

Ya hemos comentado que la electrónica es una ciencia fundamentalmente orientada a suministrar soluciones integrales a problemas de ámbito industrial, de las telecomunicaciones, etc. También sabemos las partes en las que se dividen los sistemas: captación de señales, procesado de la información y accionamiento de cargas (electrónica de potencia). La naturaleza de las tensiones e intensidades, en definitiva señales, manejadas en cada una de las partes, es significativamente distinta, sobre todo en lo que respecta a valores (cantidades). Así, mientras que en proceso y control tenemos 12V, por ejemplo, y corrientes de pocos miliamperios, en accionamiento de cargas disponemos de cantidades bastante más grandes (KV y Amperios).

Ya podrá usted intuir el peligro que puede acechar en el proceso de “unión” física entre esos dos sistemas. La orden de control no debe llegar de ninguna manera a la fase de potencia. Podemos pensar en un cable, pues lógicamente, seguiremos hablando de circuitos eléctricos y electrónicos. En estas condiciones, es posible que existan cortocircuitos y peligrosas corrientes y tensiones de retorno hacia el circuito de control, con la consiguiente destrucción del mismo.

Para estas aplicaciones son muy útiles los acopladores y componentes optoelectrónicos, dispositivos que transmiten la información eléctrica mediante señales luminosas, aprovechando ciertas características ópticas de los materiales, por ejemplo, nos podemos encontrar un optotransistor capaz de saturarse gracias a la aplicación de luz en su base (no corriente).

Esta luz puede prevenir de un diodo emisor de luz de otro circuito, con lo que se consigue una transmisión de la orden sin contacto eléctrico.

En esta unidad encontrará un completo desarrollo de esta técnica apasionante, que sin duda le resultará amena de estudiar y sobre todo muy útil para sus circuitos.



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1.1. TEORÍA FOTOELÉCTRICA

Antes de introducirnos en el estudio de la formación y el comportamiento de los elementos que están relacionados con la luz, vamos a aclarar una serie de conocimientos previos sobre la naturaleza de la misma, cómo se transmite y sus magnitudes fundamentales.

1.1.1. CONOCIMIENTOS PREVIOS

La luz es una de las formas en que puede manifestarse la energía, como ya hemos estudiado. La manifestación de este tipo de energía, no precisa de ningún medio material para su propagación, como pueda necesitarlo la electricidad o el calor.

En realidad, la luz está formada, en mayor o menor medida, por calor y por ondas o radiación electromagnética, en cuya longitud de onda están incluidos los rayos infrarrojos, ultravioletas, visibles y los rayos X. Se dice que está compuesta por fotones, que tienen las propiedades de las ondas y las propiedades de los corpúsculos.

1.1.1.1. RADIACIÓN

Se define radiación como: la transmisión de energía a través del espacio, sin soporte material. Son perturbaciones periódicas del estado electromagnético del espacio.

Las radiaciones electromagnéticas tienen una propiedad común, y es que su velocidad de propagación en el vacío es de 300.000 Km/s.

Pero cada radiación tiene sus características especiales que la determinan.

Frecuencia. Es un parámetro invariable, es el número de ciclos que surgen durante un segundo.

Período. Es el tiempo que tarda una radiación en completar un ciclo. El período es el inverso de la frecuencia.

Longitud de Onda. Es un parámetro variable, puesto que depende de la velocidad de propagación y del medio en que se propaga. Se define como el camino recorrido por una radiación durante un período.


Las radiaciones electromagnéticas pueden clasificarse en función de la forma de generarse, forma de manifestarse o según las características propias anteriormente citadas.

La clasificación más empleada es la basada en las longitudes de onda. Las radiaciones visibles están comprendidas entre 3.800 y 7.800 Amgstron, unidad de longitud de onda. Limitadas entre los infrarrojos y los ultravioletas, radiaciones que no son visibles, pero sí capaces de ser fotocaptadas. El color es una de las características más importante para las radiaciones visibles.

1.1.1.2. MAGNITUDES FUNDAMENTALES

Si hablamos de iluminación, debemos tener en cuenta que disponemos de una fuente de iluminación y de un objeto a iluminar. Entonces podremos definir las magnitudes.

De las fuentes de luz, tenemos como magnitudes:

Flujo luminoso

Es la cantidad total de luz emitida o radiada durante un segundo y en una determinada dirección. Su unidad es el Lumen (lm) y equivale a 1/680 W en una longitud de onda de 5.500 amgstron.

Intensidad luminosa

Es la cantidad de luz emitida durante un segundo en una determinada dirección. La intensidad no se distribuye por igual en el espacio, aquí radica la diferencia con el flujo luminoso. Su unidad es la Candela (cd).

Del objeto iluminado, sus magnitudes fundamentales son:

Nivel de iluminación

Llamado también iluminancia o intensidad de iluminación. Es el flujo incidente por unidad de superficie, es decir, la cantidad de luz que incide sobre su superficie al ser iluminado por una fuente de luz. Su unidad es el Lux (lx).



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Luminancia

Es la sensación luminosa por efecto de la luz. Depende de la fuente de luz, primaria o secundaria. Una fuente de luz primaria es la que produce luz por sí misma y la secundaria es la emitida por reflejo procedente de una primaria. La iluminancia mide el brillo de las fuentes de luz o de los objetos iluminados. La unidad es la Candela/m2 (cd/m2).

Magnitud Unidad Símbolo

Flujo Luminoso Lumen (lm)

Intensidad Luminosa Candela (cd) I

Nivel de Iluminación (iluminancia) Lux (lx) E

Luminancia Candela/m2 (cd/m2)

L

Figura 1.1. Tabla de unidades de iluminación.

9.1.2. TEORÍA FOTOELÉCTRICA

Recordemos la constitución de un átomo. En el núcleo se encuentran los protones y los neutrones. En la corteza y dispuestos en diferentes orbitales se hallan los electrones. Si un electrón de una órbita exterior, adquiere una energía adicional, debida al choque con otros electrones, o a un campo eléctrico, o al calor, dicho electrón pasa a otra órbita más alejada del núcleo.

Para conseguir la estabilidad del átomo, el electrón volverá a ocupar su puesto en la capa u órbita que le correspondía. Al hacerlo, se libera una cantidad de energía que se radiará con una frecuencia o una longitud de onda determinada. A la energía desprendida se le llama fotón.

Al hecho de producir luz partiendo de la excitación de los átomos para después producir radiaciones luminosas, se le conoce con el nombre de Electroluminiscencia. Este proceso es reversible, es decir si un material o un átomo es irradiado por una energía luminosa, sus electrones son excitados, pasando a ocupar órbitas de mayor energía. La producción de portadores de carga por efecto de la luz recibe el nombre de fotoemisividad.


9.1.3. FOTOEMISIVIDAD

Al irradiar un metal con energía luminosa, compuesta por fotones de todas las frecuencias, se liberará más energía cuanto mayor sea la frecuencia.

Si un metal absorbe un fotón de suficiente energía, el electrón alcanza suficiente velocidad como para escapar de las fuerzas de atracción internas del metal. Esta propiedad de que los electrones de un metal lo abandonen y se liberen de las fuerzas de atracción internas, por efectos de la luz, se llama fotoemisividad.

Existe una frecuencia límite por debajo de la cual no es posible extraer electrones de un metal, a esta frecuencia se la llama frecuencia umbral. También existe la llamada longitud de onda umbral, que es aquélla por encima de la cual no se puede producir la fotoemisión.

La fotoemisividad está en función de la frecuencia de los fotones, es decir de su color.

9.1.4. FOTOCONDUCTIVIDAD

Cuando un fotón incide en un electrón, de forma que la energía que adquiere es pequeña, no consigue producir la fotoemisividad. Aunque el electrón no abandone el material, aumenta su velocidad de desplazamiento a través del metal, por haber aumentado su energía.

A esta propiedad, se le llama fotoconductividad. Resumiendo, por efecto de la luz, el metal, se hace más conductor.

La optoelectrónica es una rama de la electrónica que estudia la interacción entre la luz y sus efectos sobre los componentes electrónicos y a la inversa.



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1.2. FOTOSEMICONDUCTORES

El principio básico de funcionamiento de los elementos fotosemiconductores, es el fenómeno físico por el cual una radiación luminosa cede su energía a los electrones de un sólido, pasando a la banda de conducción, sin abandonar el material. Es decir está basado en la fotoconductividad.

Al incidir una radiación luminosa sobre un material semiconductor, se generan pares electrón-hueco, aumenta el número de portadores de carga. Esto sucederá siempre que la energía de la radiación luminosa sea suficiente.

La generación de pares de electrón-hueco, depende de la cantidad de luz absorbida y del material empleado. Si se aplica un campo eléctrico adecuado y capaz de evacuar las cargas generadas, se consigue un paso de corriente eléctrica, proporcional a la luz que absorbe.

Figura 1.2. Generación de Pares Electrón-Hueco.

Esto es aplicable a cualquier semiconductor, diodos, transistores o tiristores.

9.2.1. FOTODIODOS

Se trata de una unión PN polarizada inversamente. En la unión se forma una zona de difusión, sin portadores de carga. Si no llegan radiaciones luminosas, los electrones no tienen energía suficiente para atravesar la zona de difusión, por lo tanto, no hay paso de corriente.

Figura 1.3. Símbolo de Fotodiodo.


Cuando incide una radiación luminosa de longitud de onda adecuada, incide en la zona de difusión, se crean pares de electrón-hueco, que son atraídos por el campo eléctrico aplicado, circulando una corriente inversa a través de la unión PN, que será proporcional a la energía absorbida.

Figura 1.4. Fotodiodo.

Los fotodiodos se fabrican con una base de silicio o de germanio. Teniendo en cuenta que el silicio responde mejor a la radiación visible y el germanio lo hace con los infrarrojos. Disponen de una lente para concentrar los rayos luminosos.

Características Germanio Silicio

Longitud de onda de máxima sensibilidad 1500 Angstrom 900 Angstrom

Sensibilidad 25 a 100 mA/lm 30 a 150 mA/lm

Tiempo de respuesta 2 a 6 microsegundos 0,2 a 1 microsegundos

Corriente inversa máxima 1 a 3 mA 3 a 18 mA

Potencia disipable 30 a 50 mW 0,1 a 2 W

Corriente en oscuridad 0,1 a 1 A 15 a 50 nA

Deriva térmica de la corriente 0,7 % ºC 0,1 % ºC

Figura 1.5. Tabla de características de fotodiodos.

Recordemos que el fotodiodo debe conectarse en polarización inversa y la corriente que puede atravesarlos es muy pequeña.

9.2.2. FOTOTRANSISTORES

El fototransistor posee una gran sensibilidad y capacidad de respuesta muy elevada. Está basado en la amplificación de la corriente inversa, debida a la radiación luminosa, que actúa como corriente de base.



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Figura 1.6. Símbolos de fototransistores.

La unión colector-base se polariza inversamente, y se amplía para poder recibir mejor los rayos luminosos. La corriente de colector, depende de la tensión emisor-colector y de la radiación luminosa.

Figura 1.7. Esquema equivalente.

Si los niveles de iluminación son muy bajos o son necesarias corrientes de salida elevadas, se puede emplear un montaje Darlington, que viene encapsulado como elemento fotosensible, denominado fotodarlington.

Figura 1.8. Símbolo de fotodarlington.


También se fabrican fotodiodos de silicio, de estructura simétrica, que permiten alimentaciones de corriente alterna.

Figura 1.9. Fotodiodo de estructura simétrica.

9.2.3. FOTOTIRISTORES

Denominados también LASCR (Rectificador Controlado de Silicio Activado por Luz).

Figura 1.10. Símbolo de fototiristor.

El funcionamiento es similar al del tiristor, además del impulso introducido en el terminal de puerta G, puede activarse a través de una radiación luminosa.

Figura 1.11. Circuito equivalente.

Los fotosemiconductores estudiados, tanto de germanio como de silicio, corresponden a la radiación visible o infrarroja. Se emplea el mismo sistema para la recepción de estos rayos.



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9.3. DIODOS EMISORES DE LUZ

Son dispositivos semiconductores que emiten luz, visible o no visible. Llamados LED (Light Emitting Diode), Diodo Emisor de Luz, o Diodo Luminiscente.

Consiste en la emisión de una radiación luminosa por un elemento en estado sólido, cuando se le somete a una determinada polarización, no siendo por elevación de temperatura de un filamento.

Figura 1.12. Símbolo de Diodo LED.

El efecto de emisión de luz se genera en la unión PN en el instante en que se produce la recombinación de un hueco con un electrón, fruto de esto se libera una energía en forma de luz.

La tabla que a continuación aparece, representa las combinaciones químicas para poder emitir el color y la longitud de onda de la radiación.

Materiales Longitud de onda(nanómetros) Color

Ga As Si 930 infrarrojo

Ga P 565 verde

Ga As60 P40 655 rojo

Ga As P N 625 naranja

Ga As P N 590 amarillo

Figura 1.13. Tabla de características de diodos led.

El comportamiento de un Led en un circuito es el mismo que el de cualquier otro diodo, pero su caída de tensión en sentido directo es superior. Los parámetros que caracterizan a un led son los siguientes:

Eficiencia en la relación entre la intensidad y la corriente eléctrica.

El color depende de la frecuencia.

Directividad dependiente del encapsulado y de la lente amplificadora.

Tensión directa Vf, es la d.d.p. entre los electrodos del led, entre 1,5 y 2,2 voltios.


Corriente inversa máxima admisible en polarización inversa de 10 microamperios.

Disipación de potencia, es la no transformada en haz.

Para el cálculo de la resistencia que habrá que acoplar en serie, debido a los voltajes tan pequeños con que trabaja, acudiremos a la siguiente fórmula:

R = Va - Vf/If

Siendo:

Va La tensión de alimentación

Vf La caída de tensión del diodo Led

If La intensidad que atraviesa el Led

El reconocimiento de su polaridad se hace a través de los terminales, siendo el ánodo el de mayor longitud. Además se añade un pequeño aplanamiento en la cápsula, próxima al cátodo. Otro método es a través del polímetro, colocando el selector en la posición de diodos, en polarización directa deberá dar un valor. Si colocamos el polímetro en la posición de resistencia, en polarización directa, marcará su valor de resistencia e incluso podremos apreciar cómo se enciende.

Recordemos que en un tester digital, la alimentación negativa de la pila interna sale a través del terminal negro común, y en el polímetro analógico sale por el terminal rojo o positivo.

Ejemplo de polarización

Ya sabemos que los diodos leds son dispositivos electrónicos basados en cristales semiconductores, que tienen la peculiaridad de dar una luz de un determinado color al ser atravesados por una corriente. Al ser diodos, disponen de ánodo y cátodo, y, por supuesto, sólo permiten el paso de corriente, desencadenando su iluminación, cuando están polarizados correctamente. Su presentación es en color rojo, verde o ámbar, generalmente, en forma de pequeñas burbujas plásticas. Disponen de dos terminales en los que el cátodo es el más corto y el ánodo el más largo, según se muestra en la figura siguiente. Si las patas han sido cortadas, existe otro procedimiento para averiguar qué patilla corresponde al ánodo y cátodo: vistos desde abajo los diodos leds tienen un pequeño chaflán que identifica la patilla que tiene al lado como el cátodo.



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CÁPSULA

CÁTODO

ÁNODO

CÁTODO

ÁNODO

chaflan

Visto desde abajo

Visto de lado

CÁTODOÁNODO

Símbolo eléctrico

Figura 1.14. Diodos leds y su correspondiente identificación de patillas.

Imaginemos que queremos visualizar en un panel de un equipo electrónico la activación de un relé.

Esta orden es suministrada por un sistema de control en forma de “12 V activación”, “0V desactivación”. En primer lugar debemos prestar atención a un detalle todavía ignorado en el mundo de los diodos led: se trata del diámetro de su cápsula, parámetro que es fundamental conocer cuando practiquemos, con ayuda de un taladro, el agujero en la chapa del frontal. Existen diodos leds con diámetros de cápsula de 5 mm, 3mm, 4,5 mm, etc. Elegiremos el que más se atenga a nuestras necesidades, además de los soportes y accesorios necesarios para la perfecta sujeción del led.

Una vez determinado esto, decidiremos el color del diodo, debiendo estar claramente relacionado con el efecto que visualiza o determina. Por ejemplo, el rojo viene bien para estados de peligro, mientras que el verde es ideal para indicar estados de “conexión”, enchufados y “ON”. En nuestro caso elegiremos el verde, por ejemplo.

A continuación, y como buen diodo que es, completaremos el circuito de polarización tal como muestra la siguiente figura:


+Va

R1

D1Led

verde

V

V

A

VR1

Vf

If

Figura 1.15. Polarización de un diodo led.

Vea lo importante que es determinar el ánodo y cátodo del diodo, conectando la patilla correcta (ánodo) a la resistencia limitadora R1 y el cátodo a la parte negativa o masa. Si se conecta de forma incorrecta (al contrario) no se producirá luminosidad. ¿Qué efecto realiza la resistencia R1? Simplemente limita la intensidad y tensión que tiene el diodo ya que, como todo diodo, tiene unos límites de tensión y corriente directas. En caso de los diodos led, la corriente directa (If) no debe sobrepasar 30mA y la tensión directa (Vf) puede estar ente 1,5 y 2,2 V, un valor típico pueden ser 2V. Podemos ultimar los cálculos de nuestro circuito sin mayores problemas.

No conecte nunca un diodo led a la fuente de tensión sin una resistencia limitadora, acabará con él

If 30 mA

Vf = 2V



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Según la Ley de Ohm:

R1 = IR1VR1

Como:

Va = VR1 + Vf y Vf = 2V

VR1 = Va - Vf = 12V - 2V =10V

R1 = 30mA10V

IR1VR1 = 333 ;

Aproximadamente 330

Conectando una resistencia de éste valor al diodo led, de la forma correcta (ánodo - cátodo), el led podrá lucir cuando tengamos una tensión en Va de 12V. Valores por debajo de esta tensión también lo harán lucir pero con menor intensidad.


9.4. FOTOACOPLADORES

Los elementos emisores y receptores de luz estudiados, pueden trabajar conjuntamente, siempre que sus longitudes de onda sean iguales, pero resulta muy dificultoso el ajuste de la distancia, directividad, etc.

Para suprimir estas dificultades, existen módulos ya montados y ajustados perfectamente. Formados por un elemento emisor, que generalmente es un Led de infrarrojos y un receptor, que puede ser un fotodiodo, fototransistor, fototiristor o fotodárlington. Denominándose el montaje fotoacopladores u optoacopladores.

Figura 1.16. Optoacopladores.

Son un medio muy bueno para transmitir información entre dos circuitos aislados. Es una especie de interruptor fotoeléctrico. El funcionamiento es similar al de un relé, sólo que aquí se eliminan los contactos y las partes metálicas, con las consecuencias que ellos acarrean.

9.4.1. OPTOTRANSISTORES

Imaginemos que hemos creado un sistema de control electrónico para un intermitente luminoso. Este diseño produce a su salida una señal cuadrada de 2 segundos de período y una amplitud de 12V, atacando al equipo de potencia que consta de un transistor y un relé:



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+12V

SISTEMA DE CONTROL SISTEMA DE POTENCIA

220V RED

Cables deseñal

12V

2 s 2 s

Figura 1.17. Sistemas de control y potencia.

Las diferentes alimentaciones (niveles y masas) pueden dar lugar, en ciertas circunstancias, a corrientes indeseables y cortocircuitos entre el sistema de control y el de potencia, debido a que están unidos eléctricamente por un cable conductor. La solución apropiada para este problema pasa por la utilización de la optoelectrónica y, en concreto, se podría conectar un optotransistor de la siguiente forma:

+12VOPTOTRANSISTOR

SISTEMA DE CONTROL SISTEMA DE POTENCIA

220V RED

CONTROL POTENCIA

fototransistordiodo led

Figura 1.18. Sistemas optoaislados.

Vemos que no existe unión física ni eléctrica entre control y potencia, pues el optotransistor transmite las ordenes vía luz desde el diodo led al fototransistor. Pero, ¿cómo funciona el optotransistor? Si se fija en la siguiente figura, algo más explícita, comprobará que el fototransistor sí está debidamente polarizado, se satura y corta respondiendo a la existencia o inexistencia de luz en su base, luz que proviene de la activación o desactivación del diodo led:


Fuente 2

R1

masa 1 masa 2

Circuito 1 Circuito 2

R2

Señal

Fuente 1

+12V

12V

12V

Figura 1.19. Ejemplo de polarización del fototransistor.

La información del diodo puede trasladarse íntegramente del circuito 1 al 2 de forma aislada, acondicionándola a nuestro gusto, en cuestiones eléctricas, en el circuito 2 (podríamos darle más amplitud, por ejemplo).

La presentación de los fototransistores es en circuito integrado de 6 patillas, tal como se muestra en la figura siguiente, correspondiente a un fototransistor 4N26:

1

2

3

6

5

4

Figura 1.20. Representación del 4N26.

Como todo componente, dispone de unas limitaciones a tener en cuenta para calcular las polarizaciones (R1 y R2 en el caso anterior). Si bien el diodo es un led normal, al transistor no conviene hacerle soportar corrientes de colector de más de 60mA y tensiones de colector - emisor de más de 30V (datos recogidos de la hoja de características del fabricante del 4N26). Como prueba, usted ya podría calcular las resistencias R1 y R2.



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9.4.2. OPTOTRIAC

Al igual que el optotransistor, otro componente integrado, de la familia de los optos, es el optotriac. Su funcionamiento es parecido, sólo que en vez de tener un fototransistor tenemos un fototriac.

1

2

3

(TOP VIEW)

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4 6

5

4

6

Figura 1.21. Representación del MOC 3020.

Ya podrá intuir el funcionamiento, respondiendo a estados activos del diodo led, el cual suministra luz. El optotriac pasa a su estado de ON, de igual forma que si lo activásemos por puerta, cuando recibe luz.

Este optotriac tiene las mismas propiedades que uno normal, es decir, es capaz de conducir en ambos sentidos, se mantiene en ON incluso si desaparece la excitación luminosa, etc. Los límites para un dispositivo comercial (un MOC 3020, por ejemplo) rondan los 400V de tensión anódica máxima de OFF y los 30mA máximos en conducción.


9.5. VISUALIZADORES

Estamos acostumbrados a tener informaciones a través de pantallas, de cifras (dígitos), letras o símbolos. Esto se hace por medio de elementos visualizadores, llamados Displays. Se dividen en fluorescentes, prácticamente en desuso, luminiscentes y de cristal líquido.

9.5.1. INDICADORES LUMINISCENTES

Son los visualizadores o displays formados por un encapsulado con una agrupación de diodos Led. Se suelen montar con siete segmentos o a base de puntos.

Figura 1.22. Visualizador de 7 segmentos.

Dependiendo de los modelos, vienen unidos todos los ánodos, o todos los cátodos, incluso algunos incorporan internamente la resistencia limitadora de corriente. Pueden presentarse también como elementos separados, unidos en diferentes bloques. Cada segmento, se denomina mediante una letra.

Figura 1.23. a) Denominación de segmentos, b) Circuito interno.

9.5.2. INDICADORES DE CRISTAL LÍQUIDO

Denominados LCD. Dan gran posibilidad, no sólo de cifras y letras, sino de símbolos, dibujos e incluso colores. Precisan de una fuente externa de luz



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que los ilumine, para reflejar el elemento a visualizar. Podemos clasificarlos como:

Reflectores

Reflejan los elementos por incidencia de la luz externa.

Transmisores

Se hacen visibles al ser iluminados por su parte posterior.

Transrreflectores

Son una combinación de los anteriores.

Su estado físico está entre el líquido y el sólido. Este estado se denomina mesofase, que indica que las características son de líquido por su consistencia y comportamiento mecánico, y, de sólido porque presenta características ópticas similares a los sólidos cristalizados. Son sustancias orgánicas estables entre dos puntos límites de temperatura.

Sus moléculas, como líquido, tienen gran facilidad de movimiento y como sólido, tienen tendencia a un orden.

El cristal debe de estar intercalado entre dos electrodos transparentes de pequeñísimo espesor. Si entre los electrodos se aplica una tensión continua o alterna de baja frecuencia, se modifica la orientación de las moléculas del cristal.

Una célula elemental de un LCD, está formada por un condensador plano, cuyo dieléctrico es la película de cristal líquido. El electrodo inferior es de óxido metálico reflectante. El electrodo superior es de vidrio transparente y sobre él se depositan láminas metálicas traslúcidas con la forma del carácter o símbolo a visualizar.

Si no tiene tensión en algún electrodo superior, las moléculas se orientan de forma oblicua a la radiación luminosa, que es absorbida por las moléculas, reflejándose en menor medida en el electrodo inferior. En la superficie del visualizador se oscurecen las zonas correspondientes a los electrodos excitados, apareciendo los elementos a visualizar.


Figura 1.24. Constitución de un LCD.

Tienen bajo consumo, trabajan con tensiones bajas, entre 1 y 8 V. Poseen gran flexibilidad de aplicaciones. La frecuencia de excitación es de 32 Hz, la corriente por centímetro es de 2 a 5 mA.

Las aplicaciones de los dispositivos fotoeléctricos comprenden un amplio margen, por ello, solamente enumeraremos algunas de ellas.

Interruptores

Reguladores de luminosidad

Contadores

Alarmas

Medidores

Mandos a distancia

Indicadores

Cuadros de a bordo

Etc.

La optoelectrónica es muy importante en el mundo de la visualización en paneles de control e información, además de conseguir una ideal separación y aislamiento entre circuitos



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RESUMEN

Una de las formas en que puede manifestarse la energía es la luz. Formada por calor, por ondas o radiación electromagnética. Se dice que está compuesta por fotones, que tienen las propiedades de las ondas y de los corpúsculos.

Se denomina radiación a la transmisión de energía a través del espacio, sin soporte material. Sus características principales son la frecuencia, el período y longitud de onda.

Los fotosemiconductores están basados en el fenómeno físico por el que una radiación luminosa cede su energía a los electrones de un sólido, pasando a la banda de conducción, sin abandonar el material.

Los fotodiodos son uniones PN polarizadas inversamente, si a éste no le llegan radiaciones luminosas, los electrones no tienen energía suficiente para que se produzca el paso de la corriente. Si incide una radiación luminosa, pasa corriente a través de la unión PN, proporcional a la radiación.

Los fototransistores tienen gran sensibilidad y capacidad de respuesta muy elevada, basados en la amplificación de la corriente inversa debida a la radiación luminosa que actúa como corriente de base.

También existen los fototiristores, rectificadores controlados activados por la luz. El disparo en su puerta se realiza, por supuesto, a través de una radiación luminosa.

Los diodos emisores de luz, son elementos semiconductores capaces de emitir radiaciones luminosas ya sean visibles o no, como el caso de los infrarrojos, cuando se les aplica una pequeña diferencia de potencial entre sus electrodos.

Los fotoacopladores son elementos compuestos por emisores y receptores de luz, que trabajan conjuntamente siendo sus longitudes de onda iguales. El funcionamiento es similar al de un relé, sólo que aquí se eliminan todo tipo de contactos.

Los visualizadores pueden ser luminiscentes formados por diodos Led, y de cristal líquido, que precisan una fuente externa de luz que los ilumine para reflejar el elemento a visualizar.

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