Practica_LED

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Universidad de Guadalajara
CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTAS E INGENIERÍAS
Práctica No. 2 LED
Johana Yaredt Arredondo Garay [218340275] Sofia Alejandra Martinez Ramirez [214130217]
Jair Oswaldo González Cisneros [217340905]
Profesor: Dr. Jorge Luis Flores Nuñez
Ingeniería Fotónica | Optoelectrónica
9 de abril de 2022
Resumen
En esta practica se mide la intensidad de la corriente de 3 LED’s con diferentes voltajes al igual que
su potencia óptica demostrando que el LED blanco en realidad es un LED azul con un recubrimiento
de fósforos. Finalmente se medirán los espectros de los LED’s con un espectrómetro.
Palabras clave: LED, semiconductores, diodos, curva-IV.
1
Índice
I. Introducción 3
II. Marco Teórico 3
I. ¿Qué es un LED? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
II. ¿Cómo funciona un LED? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
III. Ecuación de Shockley . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
IV. Diodos emisores de Luz LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
III.Desarrollo 4
I. Métodos y Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
II. Procedimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
II.1. Corriente-voltaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
III. Potencia óptica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
IV. Demostración del LED blanco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
IV.1. Espectro de Emisión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
V. Principio de funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
IV.Resultados 6
I. Voltaje y corriente del LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
I.1. Azul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
I.2. Rojo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
I.3. Verde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
II. Potencia óptica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
II.1. LED Azul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
II.2. LED Rojo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
II.3. LED Verde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
III. Resultados Espectro de Emisión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
IV. Demostración del LED blanco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
V. Conclusión 9
Índice de figuras
1. Diodo LED por dentro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2. Funcionamiento del LED. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
3. Circuito corriente-voltaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
4. Arreglo de los LED azul y blanco con la lente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
5. Voltaje vs corriente del LED azul. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
6. Voltaje vs corriente del LED rojo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
7. Voltaje vs corriente del LED verde. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
8. Intensidad vs potencia del LED azul. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
9. Intensidad vs potencia del LED rojo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
10. Intensidad vs potencia del LED verde. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
11. Espectro LED Blanco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
12. Espectro LED Azul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
13. Espectro LED Rojo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
14. Espectro LED Verde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
15. Foto del LED blanco encendido. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2
I. Introducción
En esta practica se realizara la relación
corriente-voltaje, esta curva característica de los
dispositivos semiconductores como los diodos
emisores de luz (LED) .
Es importante que el estudiante universitario
tome algunas materias donde la teoría se relaciona
con estas relaciones. En clase de optoelectrónica se
cubre en un tema que involucra clases teóricas y
sesiones de laboratorio experimental en las que se
podrán realizar mediciones y probar los conceptos
descritos por la teoría. Esta experiencia apoyara
la comprensión de estos conceptos teóricos y en
base a esta información los estudiantes podrán
implementar posteriormente algunos circuitos más
complejos.
II. Marco Teórico
I. ¿Qué es un LED?
Lo primero que tenemos que explicar sería que
es un LED, o mejor dicho un diodo LED.
Los diodos son componentes electrónicos que
permiten el paso de la corriente en un solo sentido,
en sentido contrario no deja pasar la corriente (como
si fuera un interruptor abierto). Un diodo Led es un
diodo que además de permitir el paso de la corriente
solo un un sentido, en el sentido en el que la
corriente pasa por el diodo, este emite luz. Cuando
se conecta un diodo en el sentido que permite el
paso de la corriente se dice que está polarizado
directamente.
Entonces la definición correcta será: Un diodo
Led es un diodo que cuando está polarizado
directamente emite luz.
Además la palabra LED viene del ingles Light
Emitting Diode que traducido al español es Diodo
Emisor de Luz.
Los Leds tienen dos patillas de conexión una
larga y otra corta. Para que pase la corriente y emita
luz se debe conectar la patilla larga al polo positivo
y la corta al negativo. En caso contrario la corriente
no pasará y no emitirá luz.
Figura 1: Diodo LED por dentro.
II. ¿Cómo funciona un LED?
El funcionamiento es muy sencillo. Cuando
conectamos con polarización directa el diodo led
el semiconductor de la parte de arriba permite el
paso de la corriente que circulará por las patillas
(cátodo y ánodo) y al pasar por el semiconductor,
este semiconductor emite luz.
Figura 2: Funcionamiento del LED.
III. Ecuación de Shockley
Esta ecuación permite especificar el
funcionamiento del diodo empleando la fısica de
estado solido. Es empleado como el modelo del
diodo real, debido a que esta ecuación ayuda al
3
modelo matemático hacer una aproximación muy
satisfactoria del diodo real.Esta ecuación posibilita
la aproximación del comportamiento del diodo en
la mayor´ıa de las aplicaciones. Es el que se emplea
con mayor frecuencia ya sea que se este trabajando
en las regiones de polarización directa o inversa.
La ecuación de Shockley se sabe modificar
agregando un factor n al que se llama factor de
idealidad, con un valor que oscila entre 1 y 2
dependiendo del material, siendo 1 para cuando se
trata de un diodo de Germanio y 2 para cuando
es uno de Silicio. Modificando la ecuación anterior
tenemos.
IV. Diodos emisores de Luz LED
Los diodos emisores de luz, como los diodos
láser, se usan comúnmente como fuentes de luz
en la comunicación a través de fibras ópticas. Es
necesario conocer las caracterısticas del LED para
determinar las perdidas y la dispersión de la señal
en un enlace de fibra óptica. Las caracterısticas
I–V de los LED dependen de la estructura del
dispositivo, incluidas las propiedades del material
de los semiconductores utilizados en el LED. La
corriente DC generalmente aumenta abruptamente
con el voltaje. Las caracterısticas I–V no siempre
siguen un comportamiento exponencial exacto que
a menudose observa para una unión PN simple
con polarización directa. La mayor´ıa de los LED
modernos son dispositivos de heteroestructura, con
varias capas de semiconductores dopados de manera
diferente.
III. Desarrollo
I. Métodos y Materiales
Multímetro
Led Azul
Led Rojo
Led Verde
Resistencia de 330Ω
Fuente de voltaje variable
Led Infrarrojo
Led blanco
Lente biconvexa
Espectrómetro
II. Procedimiento
II.1. Corriente-voltaje
Para la primera parte de esta practica se
contempla caracterizar diodos emisores de luz LED
con diferentes longitudes de onda de emisión (rojo,
verde, azul e IR). Para registrar diferentes puntos
de las caracterısticas de corriente-voltaje. Se armo
el circuito, el cual consiste de una resistencia de
330Ω donde una pata se conecto a la corriente y la
otra se conecto en serie con el ánodo del LED, y
el cátodo se aterrizo. Con un multımetro se midió
la caıda de voltaje a través de la resistencia y con
otro multımetro se midió la corriente a través del
diodo emisor de luz. Este mismo procedimiento se
realizo para los diferentes tipos de LED’s, anotando
los datos obtenidos correspondientemente
4
Figura 3: Circuito corriente-voltaje
III. Potencia óptica
Se utilizó la fuente de voltaje variable para
variar la corriente eléctrica que fluye por el LED,
se utilizó un medidor de potencia óptica contactado
a un osciloscopio para medir los distintos valores
de potencia óptica para cierta corriente eléctrica en
cada uno de los LED’s.
IV. Demostración del LED blanco
Se colocó un LED azul de manera fija para que
emita intensamente, la luz de este LED se enfocó
con una lente biconvexa, esta lente fue acomoda
para concentrar la luz del LED azul en un punto del
tamaño de un LED, como se muestra en la figura 4
.
Se colocó un LED blanco sin ninguna conexión a
la d,istancia focal para que incida sobre él toda
la luz azul, posteriormente de obstruyó la luz azul
del primer LED y se sustituyó el LED blanco por
otros colores para poder comprobar que solo el LED
blanco se ilumina cuando le incide luz azul.
Figura 4: Arreglo de los LED azul y blanco con la lente.
IV.1. Espectro de Emisión
Para la segunda parte se armo el circuito , el cual
muestra el arreglo experimental para determinar la
relación de potencia óptica emitida por el LED vs
corriente aplicada. El cual consiste de una fuente
de voltaje variable, un par de multımetros: uno de
ellos midió la corriente a través del diodo y el otro
midió la ca´ıda de voltaje. Además, se requirió de un
sensor óptico que midió el flujo óptico emitido como
función del voltaje. Se anotaron los datos obtenidos
de potencia óptica y corriente aplicada para cada
LED.
V. Principio de funcionamiento
La idea principal del trazador es variar el voltaje
aplicado al LED mientras se mide la corriente y
luego esta relación se muestra gráficamente. El
circuito electrónico se puede analizar fácilmente
utilizando principios básicos de la electrónica.
5
IV. Resultados
I. Voltaje y corriente del LED
I.1. Azul
Volatje [V ] Corriente [mA]
0.13 0.000134
0.76 0.000770
1.28 0.001293
1.90 0.001914
2.41 0.042755
2.44 0.10238
2.54 1.17126
2.62 3.38126
2.68 6.38967
2.76 10.7401
Tabla 1: Corriente del LED azul.
Al graficar los datos de la tabla 1 se obtiene que
Figura 5: Voltaje vs corriente del LED azul.
I.2. Rojo
Volatje [V ] Corriente [mA]
0.16 0.0001652
0.41 0.0004117
0.72 0.007288
0.98 0.009808
1.42 0.0558
1.72 1.8666
1.82 6.004
1.85 7.5888
1.89 10.114
1.95 14.0583
Tabla 2: Corriente del LED rojo.
Al graficar los datos de la tabla 2 se obtiene que
Figura 6: Voltaje vs corriente del LED rojo.
I.3. Verde
Volatje [V ] Corriente [mA]
0.36 0.00085
0.73 0.00156
1.06 0.00164
1.80 0.00227
2.05 0.00650
2.23 0.43047
2.35 2.56470
2.41 4.7677
2.47 7.23200
2.52 10.0123
Tabla 3: Corriente del LED verde.
6
Al graficar los datos de la tabla 3 se obtiene que
Figura 7: Voltaje vs corriente del LED verde.
II. Potencia óptica
II.1. LED Azul
Intensidad [muA] Potencia [µW ]
15 2.6
46 3
83 3.5
128 4.1
184 4.7
234 5.2
291 5.7
330 6.1
353 6.3
378 6.5
Tabla 4: Potencia óptica LED azul.
Al graficar los datos de la tabla 4 se obtiene que
Figura 8: Intensidad vs potencia del LED azul.
II.2. LED Rojo
Intensidad [muA] Potencia [µW ]
5.6 2.5
49 3
100 3.7
152 4.4
219 5.7
271 6.3
300 6.7
361 7.6
399 8.1
Tabla 5: Potencia óptica LED rojo.
Al graficar los datos de la tabla 5 se obtiene que
Figura 9: Intensidad vs potencia del LED rojo.
7
II.3. LED Verde
Intensidad [muA] Potencia [µW ]
1 2.5
30 2.8
51 3.4
81 4.3
111 5.1
161 6.8
250 8.5
301 9.5
399 11.3
Tabla 6: Potencia óptica LED verde.
Al graficar los datos de la tabla 6 se obtiene que
Figura 10: Intensidad vs potencia del LED verde.
III. Resultados Espectro de Emisión
Figura 11: Espectro LED Blanco
Figura 12: Espectro LED Azul
Figura 13: Espectro LED Rojo
Figura 14: Espectro LED Verde
IV. Demostración del LED blanco
En la figura 15 se puede apreciar el LED blanco
sin ninguna conexión brillando al ser iluminda por
la luz azul.
Figura 15: Foto del LED blanco encendido.
8
V. Conclusión
En esta practica se realizo una sencilla y de
bajo costo muestra de un trazador de curvas que se
logro construir por los estudiantes con dispositivos
sencillos que fueron obtenidos en el LABSE
del Centro Universitario de Ciencias Exactas e
Ingenierías. Finalmente, es importante mencionar
que básicamente con los mismos componentes y
simplemente cambiando las conexiones del circuito
electrónico y ejecutando diferentes programas, los
estudiantes lograron implementar un controlador de
corriente LED básico.
Referencias
[1] Malvino, A. P., & Bates, D. J. (1991). Principios
de electrónica (Vol. 2, p. 34). McGraw-Hill.
[2] Morales, C. A. C. (2004). Taller 4: Curvas
Características de dispositivos eléctricos.
[3] E. Durán, M. Piliougine, M.
Sidrach-de-Cardona, J. Galán, J.M. Andújar,
"Different methods to obtain the I-V curve
of PV modules: a review,ïn 2008 33rd
IEEE Photovoltaic Specialists Conference
PVSC, (Institute of Electrical and Electronics
Engineers, San Diego, 2008), pp. 1-6.
9
	Introducción
	Marco Teórico
	¿Qué es un LED?
	¿Cómo funciona un LED?
	Ecuación de Shockley
	Diodos emisores de Luz LED
	Desarrollo
	Métodos y Materiales
	Procedimiento
	Corriente-voltaje
	Potencia óptica
	Demostración del LED blanco
	Espectro de Emisión
	Principio de funcionamiento
	Resultados
	Voltaje y corriente del LED
	Azul
	Rojo
	Verde
	Potencia óptica
	LED Azul
	LED Rojo
	LED Verde
	 Resultados Espectro de Emisión
	Demostración del LED blanco
	Conclusión