¿Qué son los LED infrarrojos (IR)? Emisores y receptores

Juan Carlos G 2020-04-27
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¿Qué son los LED infrarrojos (IR)? Emisores y receptores


Emisores y receptores infrarrojos

Continuamos con nuestras clases de electrónica básica y toca hablar de los LED infrarrojos, y como lo hago para ayudarte a complementar tus clases de electrónica y tengas una ayuda completamente gratis, no olvides en compartir para que le sea útil a mas colegas que tengan ganas de aprender como tú.

 

 

¿Que es un LED infrarrojo?

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

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

 

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¿Cómo funciona un LED infrarrojo?

Trataré de explicar el funcionamiento de este LED de forma simple y comenzaré diciendo que 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 infrarrojo del espectro en frecuencias.

 

Características de los LED infrarrojos

En la practica hay varios encapsulados de LED infrarrojos y cada uno tiene ciertas características, así que veremos principalmente las de los emisores infrarrojos de 5mm lo cuales suelen ser los mas 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
  • Angulo de transmisión de 12 grados

Para mayor referencia siempre consulta la datasheet del modelo de infrarrojo que estés utilizando ya que lo expuesto aquí solo es un ejemplo.

 

¿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 reseptor.

 

¿Como conectar un LED infrarrojo?

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, requerirás también de un receptor, así que veremos los dos y para empezar el circuito eléctrico del emisor

 

Conexión emisor

Conexión Emisor LED infrarrojo
Conexión Emisor LED infrarrojo

 

 

Donde 

 

Para obtener el valor de la resistencia que limitara 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 el los datos del LED son:

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

Y si Vin 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 Vin - VIR y si sustituimos tenemos que:

R = (Vin - VIR) / IIR = (5 - 1.7) / 0.1 = 33 Ω

La resistencia que necesitamos para este caso es de 33 Ohms pero es muy importante saber 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 formula.

 

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 Vin 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 de un 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

Conexión Receptor LED infrarrojo
Conexión Receptor Infrarrojo

 

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
  • Angulo 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 apagara cuando exista algo que impida que la luz llegue al fotodiodo, para esto ¿Cuanto debe valor R1 y R2 para que funcione el receptor? si

  • 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 se impide entra en corte

Bien bajo las dos opciones anteriores cuando esta en corto el receptor 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 ocacionará 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

VR1 = Vin - VLED = 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 que valor comercial es el mas cercano tenemos lo siguiente, por cierto, visita mi calculadora estoy seguro que te será muy útil:

R1 = 180 Ω colores Cafe,Gris,Cafe

R2 = 47 KΩ , colores Amarillo,Violeta,Naranja

 

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

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Juan Carlos G

Electrónica y diseño web


Cree este blog para compartir uno de los temas que más me apasionan que es la electrónica, por lo tanto, además de tutoriales de electrónica, encontrarás en algunas páginas recomendaciones de productos relacionados a los LED principalmente.

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