Hola y bienvenido a este nuevo post, continuando con nuestras clases de electrónica básica, hoy toca hablar de los LED infrarrojos, analizaremos su funcionamiento, características y, cómo podemos utilizar y configurar tanto el emisor como el receptor infrarrojo, espero que este artículo te sea de gran ayuda y, que al final, hayas aprendido algo nuevo, sin mas comencemos con este tema.

¿Qué es un LED infrarrojo?

Es un tipo de LED de arseniuro de galio que emite un rayo de flujo radiante infrarrojo cuando es polarizado en directa.

Quizá ya lo sepas, pero, la luz que emite un diodo LED de este tipo está en el rango de frecuencias infrarrojas, no es una luz visible para los humanos, no obstante, existen muchas aplicaciones que aún utilizan esta tecnología, ya que en comparación con otros sensores su precio es mucho menor.

¿Cómo funciona un LED infrarrojo?

Trataré de explicar el funcionamiento de este LED de forma simple y, lo primero que debes conocer es que este tipo de LED forma parte de la familia de semiconductores de unión p-n y, cuando lo unión es polarizada en directa, los electrones de dicha región n se recombinan con los huecos excedentes del material p en una zona denominada como región de recombinación situada precisamente entre los materiales p y n.

Como todo LED, durante esta recombinación de huecos y electrones, el semiconductor emite fotones, fotones que son absorbidos en la estructura del componentes y otros que son disparados al exterior, sin embargo, estos fotones como mencione anteriormente, no son visibles, ya que se encuentran en el rango de luz infrarroja del espectro en frecuencias.

¿Cómo conectar un LED infrarrojo emisor y receptor?

Principalmente existen dos tipos de conexiones para este tipo de LED:

• LED infrarrojo Emisor
• Fotodiodo Receptor

Cabe aclarar que el receptor no es un LED infrarrojo, pero en la mayoría de las aplicaciones y usos que le darás a este LED, vas a requerir de un receptor, así que es importante que analicemos ambos casos para que los puedas identificar y utilizar, revisemos primero el circuito eléctrico del emisor.

Conexión emisor

Donde 

• Vin es el voltaje aplicado
• R resistencia eléctrica limitadora de corriente
• IR diodo emisor infrarrojo

Para obtener el valor de la resistencia que limitará la corriente en el emisor infrarrojo podemos hacerlo a través de la ley de OHM.

Ahora, supongamos que hemos revisado nuestra hoja de datos (datasheet) y encontramos que los datos del LED son:

• Voltaje de operación igual a 1.7 (V_IR)
• Corriente máxima 100 mA (I_IR)
• Longitud de onda 940 nm

Y si V_in son 5 volts ¿Que valor debe tener la resistencia de protección de este LED infrarrojo? si aplicamos ley de Ohm encontramos que, el voltaje en la resistencia es la diferencia de potencial de V_in - V_IR y si sustituimos tenemos que:

R = (V_in - V_IR) / I_IR = (5 - 1.7) / 0.1 = 33 Ω

La resistencia que necesitamos para este caso es de 33 Ohms, pero es muy importante conocer la potencia en el resistor para que no se caliente y en un caso extremo se queme, así que debemos calcular la potencia y lo haremos con la siguiente fórmula.

P = R * I² = (33)(0.1²) = 0.33 Watts

• La potencia que necesitamos es de 0.33 Watts, por lo que la resistencia que debemos seleccionar debe ser de medio watt para que opere sin problema.

Si el voltaje de entrada es una señal alterna te recomiendo que sustituyas el valor de V_in por el voltaje pico de tu señal y realices pruebas, y después analices la respuesta en el receptor, lo importante es limitar la corriente en tu emisor para que no se dañe durante la operación.

Calculadora online de resistencia de protección de un LED emisor infrarrojo

Dado que el infrarrojo es prácticamente lo mismo que un LED te dejo esta calculadora que creo te será muy útil

Conexión receptor

Ahora como en el emisor supongamos que ya hemos leído la hoja de datos y obtuvimos los siguientes datos del fotodiodo:

• Voltaje máximo inverso 1.3 V
• Potencia de disipación de 150 mW
• Ángulo de visión 20 grados
• Longitud de onda de 940 nm

En este circuito típico hemos agregado un LED el cual encenderá cuando el fotodiodo reciba la luz infrarroja y se apagará cuando exista algo que impida que la luz llegue al fotodiodo, para esto ¿Cuánto debe valor R1 y R2 para que funcione el receptor? Para ello supongamos que:

• Voltaje del diodo LED es de 1.6 V y corriente de 20 mA.
• Vin de 5 Volts

Como puedes observar un receptor infrarrojo opera como un transistor normal y corriente que cumple con las siguientes características.

• Si recibe luz infrarroja entra en saturación
• Cuando la luz es interrumpida entra en corte

Bien, bajo las dos consideraciones anteriores:

• Cuando el receptor está en corto debido a una interrupción en la transmisión infrarroja, tenemos prácticamente un circuito abierto
• Por lo tanto, no hay una circulación de corriente significativa que permita encender el LED, ya que vimos que necesitamos 20 mA y 1.6 V.

Si el receptor infrarrojo entra en saturación:

• Conduce creando una división de voltaje entre las resistencias
• Pero, lo que necesitamos es que en el LED circule 20 mA y tenga 1.6 V lo que ocasionará de inmediato que en R2 también haya 1.6 V
• Para que todo esto se cumpla necesitamos una resistencia bastante grande en R2 que desvíe la corriente al LED, pero limitada por R1.

Espero no haberte confundido vayamos a los cálculos quizá te quede mas claro:

• En saturación el voltaje en R1 es igual a

V_R1 = Vin - V_LED = 5 - 1.6 = 3.4 V

• Bien ahora la hoja de datos indica que en saturación hay en el emisor del receptor 35 µA la corriente que debe circular en R1 es de

IR1 = IR2 + ILED = 0.000035 + .020 = 0.020035 A

R1 = VR1 / IR1 = 169.7 ≅ 170 Ω

• Para R2, sabemos que debe ser una resistencia bastante grande en comparación a R1 con lo que comprobarás que tu calculo es correcto

R2 = VLED / IR2 = 1.6 / 0.000035 = 45, 715 Ω

• Si metemos los valores de resistencias en mi calculadora para obtener el valor comercial más cercano de una resistencia, tenemos lo siguiente, por cierto, visita mi calculadora estoy seguro que te será muy útil:

R1 = 180 Ω colores Café, Gris, Café

R2 = 47 KΩ , colores Amarillo,Violeta,Naranja

Características de los LED infrarrojos

En la práctica hay varios encapsulados de LED infrarrojos y, cada uno tiene ciertas características particulares, así que veremos principalmente las de los emisores infrarrojos de 5mm lo cuales suelen ser los más comunes entre los estudiantes y en algunos productos.

• Son de color azul transparente
• Con un voltaje típico de 1.3 V
• Y un voltaje máximo de 1.7 V

Longitud de onda de un LED infrarrojo

El espectro infrarrojo ronda entre 0.78 y diez mil milésimas de milímetros y mientras que la de los LED de 5mm suele ser de:

• 940nm con un consumo de 20 mW
• Ángulo de transmisión de 12 grados

📌 NOTA: Para mayor referencia siempre consulta la datasheet del modelo de infrarrojo que estés utilizando, ya que lo expuesto aquí solo es un ejemplo y datos promedios.

¿Cómo saber si un LED infrarrojo funciona?

Hay una prueba muy fácil de hacer para comprobar si un LED infrarrojo funciona y, es ver tu componente a través de una cámara como la de tu celular, solo enfocalo y veras como se ilumina, aunque este método únicamente funciona para el emisor.

Aplicaciones de un LED infrarrojo

Los LED infrarrojos son especialmente usados para transferir datos de forma inalámbrica, aunque hoy en día ya no dominan este sector, ya que han aparecido otras tecnologías como el Bluetooth o el WiFi, pero hace unos años dominaban el sector incluso en la industria de los celulares. Anteriormente para compartir un pequeño vídeo clip o imágenes entre amigos, lo que hacíamos era juntar nuestros celulares justamente donde se encontraban los sensores infrarrojos y transferían los datos.

Hoy en día sobreviven estos sensores en aplicaciones como los controles de las pantallas o Blu-Ray. En términos académicos son excelentes para pruebas de laboratorio, ya que su bajo costo nos permite realizar pruebas de transmisión inalámbrica y modular las ondas para ver su efecto de lado del transmisor y receptor.

Excelente, espero que te haya sido útil este post y si te gusto me ayudes a compartirlo en tus redes para poder seguir con mas tutoriales como este