UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

LABORATORIO DE CIRCUITOS I

GUÍA DE LA PRÁCTICA N°4

ALARMA LASER

Durante esta práctica desarrollaremos una alarma laser, la cual debe generar una alerta

cuando un rayo laser sea interrumpido.

Dicha alarma debe continuar encendida hasta que se desactive por medio de un botón de

reset, es decir, no debe desactivarse cuando el laser deje de interferirse.

Figura 1. Objetivo de la practica 4.

A continuación se explica, paso por paso, una forma en la que puede hacerse este proyecto. Se

describe también cada uno de los componentes utilizados.

a. EL SENSOR: FOTORRESISTENCIA Y LASER

Lo primero que necesitamos, es un laser y un elemento sensor, que indique cuando se

interrumpe este.

Por su simplicidad, utilizaremos en este caso una fotorresistencia. La fotorresistencia nos

servirá como receptor de la luz laser, de manera que podamos saber si el laser llega hasta el

final de su recorrido o si fue cortado por el paso de alguna u objeto, como se ve en la figura

siguiente.

Una fotorresistencia es simplemente un resistor cuyo valor disminuye cuando la luz incide

sobre él. También se conoce como fotoconductor, célula fotoeléctrica o light

resistor (LDR).

En la figura 3 se ven su apariencia física más común, así como el símbolo con el que se

representa en un diagrama circuital.

Dependiendo de la LDR comprada, los valores de resistencia entre los que el elemento varía

pueden ser distintos. Por ejemplo, una LDR específica puede tener una resistencia de 46 K ohm

cuando no recibe ninguna luz (esta oscuro) y este valor irá bajando a medida que la luz incide

sobre ella, hasta a 7K ohm cuando recibe plena luz. Para otros LDR estos valores específicos

resistencia pueden ser distintos.

Para utilizar una fotorresistencia como elemento para medir la

basta con conectarla formando un divisor de voltaje, como se muestra en la figura

Figura 2. Par laser – fotorresistencia

es simplemente un resistor cuyo valor disminuye cuando la luz incide

También se conoce como fotoconductor, célula fotoeléctrica o light

se ven su apariencia física más común, así como el símbolo con el que se

representa en un diagrama circuital.

Figura 3. LDR y su símbolo circuital.

Dependiendo de la LDR comprada, los valores de resistencia entre los que el elemento varía

ejemplo, una LDR específica puede tener una resistencia de 46 K ohm

cuando no recibe ninguna luz (esta oscuro) y este valor irá bajando a medida que la luz incide

sobre ella, hasta a 7K ohm cuando recibe plena luz. Para otros LDR estos valores específicos

resistencia pueden ser distintos.

ara utilizar una fotorresistencia como elemento para medir la si llega o no la luz del laser

basta con conectarla formando un divisor de voltaje, como se muestra en la figura

Figura 4. Divisor de voltaje.

es simplemente un resistor cuyo valor disminuye cuando la luz incide

También se conoce como fotoconductor, célula fotoeléctrica o light-dependent

se ven su apariencia física más común, así como el símbolo con el que se

Dependiendo de la LDR comprada, los valores de resistencia entre los que el elemento varía

ejemplo, una LDR específica puede tener una resistencia de 46 K ohm

cuando no recibe ninguna luz (esta oscuro) y este valor irá bajando a medida que la luz incide

sobre ella, hasta a 7K ohm cuando recibe plena luz. Para otros LDR estos valores específicos de

si llega o no la luz del laser,

basta con conectarla formando un divisor de voltaje, como se muestra en la figura 4.

Donde R1 es la fotorresistencia y R2 es un resistor de valor fijo.

En este sencillo divisor de voltaje tendremos la siguiente relación:

�� ���� � �2

�1 �2

Cuando sobre la resistencia llega la luz del laser, la resistencia de ella es más baja y el voltaje

Vx será alto. Cuando el laser se interrumpe no llega la luz a la fotorresistencia, su valor sube y

el voltaje Vx es más bajo.

Entonces, si una persona pasa e interrumpe el laser, durante el tiempo que el laser no llega al

LDR habrá un cambio del voltaje Vx.

El voltaje Vx será algo asi:

Figura 5. Variación del voltaje en Vx cuando el laser es interrumpido.

b. COMPARACIÓN DE SEÑALES: AMPLIFICADOR OPERACIONAL

En la gráfica anterior no se muestran valor especifico del voltaje Vx cuando esta alto o cuando

esta bajo. Estos valores dependen de la relación entre los valores que toma la fotorresistencia

R1 y el valor de la resistencia fija R2.

Para hacer que este nivel de voltaje varíe entre dos niveles de voltaje deseados, podemos

comparar el voltaje Vx con un determinado nivel de referencia. Para esto podemos usar un

amplificador operacional conectado como comparador y a la salida obtendremos 0v o 5V

únicamente (o los valores con los que polarice el amplificador operacional).

Esto se ilustra en la figura siguiente.

Figura 6. Comparación del voltaje Vx con un nivel de refencia.

Para poner en la entrada inversora (-) del amplificador operacional un voltaje de referencia

Vref, bastará con usar un divisor de voltaje, escogiendo las resistencias para que el valor del

voltaje de comparación (Vref) sea el deseado

c. MANTENIENDO UN ESTADO. EL FLIP-FLOP

La señal a la salida del amplificador operacional, solo cambia de estado durante un momento.

Pero lo que queremos es que, cuando el ladrón interrumpa el laser, una alarma se encienda y

no se apague hasta que alguien no la desactive.

Para lograr esto, utilizaremos un flip-flop, el cual usaremos para obtener lo siguiente:

Inicialmente, mientras el laser llegue hasta la fotorresistencia, habrá un nivel bajo a la salida

del sistema, el cual significa que la alarma está apagada.

Cuando el laser se interrumpa (aunque sea sólo por un instante) el sistema debe poner la

salida en alto y este estado debe conservarse hasta que se haga un reset del sistema, aun si la

luz vuelve a incidir sobre la fotorresistencia.

Esto se ilustra en la figura siguiente.

Figura 7. Mantener el estado de encendido.

El flip fop o biestable es un dispositivo capaz de permanecer en uno de dos estados posibles

durante un tiempo indefinido en ausencia de perturbaciones. Esta característica es

ampliamente utilizada en electrónica digital para memorizar información. El paso de un estado

a otro se realiza variando sus entradas.

Existen varios tipos de flip flop y estos pueden usarse de diversas formas.

En esta caso usaremos un flip flop JK, y le daremos un uso muy simple, sólo para actuar como

elemento que conserva un estado hasta la llegada de un reset.

Por eso, de todas las terminales del flip flop, sólo usaremos la de preset y clear (o reset).

Se usará de la siguiente forma.

Figura 8. Modo de uso del flip flop para esta apliación.

Note que el clear y el preset son activos en bajo (no se activan con 5V, si no con 0V).

Lo que tendremos es lo siguiente: cuando el pulso en bajo proveniente del comparador llegue

al present, la salida Q se pondrá en 5 V. Este estado se conservará hasta que se pongan 0V en

el pin de CLR (que normalmente debe esta a 5V).

Para el reset (pin CLR), una forma fácil de garantizar que normalemnte este conectado a Vcc y

que cuando se necesite se le ponga un cero, s mediante el uso de un suiche pulsador y una

resistencia, de la siguiente forma.

Figura 9. Conexión del reset.

De esta forma, normalmente habrá 5 voltios en el pin de CLR y cuando se oprima e pulsador

habrá 0V. La resistencia garantiza que no haya conto entre Vcc y tierra. Puede usarse un

resistencia de 4.7K.

d. LA “ALARMA”

Ahora, esta señal de salida del flip flop la podemos usar para activar una alarma de algún tipo.

En nuestro caso, simplemente activaremos un led que va a parpadear, indicando la alarma.

Para hacer que el led encienda y apague con una determinada frecuencia en lugar de

simplemente estar encendido de forma constante, usaremos un integrado lm555.

Con este integrado generaremos una onda cuadrada que aplicaremos al led, como se explica a

continuación.

El circuito integrado 555 es un circuito integrado de bajo costo y de grandes prestaciones.

Se usa en aplicaciones como los osciladores, las alarmas, los temporizadores, relojes etc.,

donde se requiere de un circuito que produzca intervalos temporizados.

El 555 es el circuito integrado temporizador más popular por su reducido tamaño y bajo costo,

además puede funcionar con voltajes de alimentación desde 5V hasta 18V, lo que lo hace

compatible con diferentes tecnologías.

En la figura 10 se muestra la configuración del 555. Para funcionar como un oscilador, solo

necesita de 4 componentes adicionales C, RB, RA, C2 de los cuales depende la frecuencia de

salida y los anchos de los pulsos.

Figura 10. Apariencia y forma de conexión del 555.

Ahora, ¿cómo calcular la frecuencia de esa onda cuadrada que generará el 555?

Un periodo T es el tiempo en el cual la señal de salida se repite nuevamente, la frecuencia se

puede calcular si se tiene el valor del periodo así

f1

T

Como se muestra en la figura 11 el periodo T es igual a la suma de los tiempos alto y bajo de la

señal, la manera para calcular estos tiempos está dada por las siguientes formulas

Figura 11. Periodo de una onda cuadrada

t_alto 0.695 RA RB( ). C.

t_bajo 0.695 RB. C.

El periodo lo obtenemos de la suma de los dos tiempos.

T t_alto t_bajo 0.695.

Y con el periodo T se obtiene la frecuencia de la salida (out) con la siguiente fórmula:

f1

T

1.44

RA 2 RB( ) C.

En el caso del laboratorio, usaremos los siguientes valores de elementos en el 555.

Figura 1

Ra= 150K

Rb=330k

C=1uF

El otro capacitor (Que no se marca su nombre) es de 1nF.

Obtendremos un led que parpadea a una frecuencia de, aproximadamente, 2 Hz.

e. EL CIRCUITO COMPLETO

Ahora miremos como quedaría el total del circuito para la alarma

RA 2 RB( ). C.

Y con el periodo T se obtiene la frecuencia de la salida (out) con la siguiente fórmula:

En el caso del laboratorio, usaremos los siguientes valores de elementos en el 555.

Figura 12. Conexión edl 555 para esta práctica

(Que no se marca su nombre) es de 1nF.

Obtendremos un led que parpadea a una frecuencia de, aproximadamente, 2 Hz.

EL CIRCUITO COMPLETO

miremos como quedaría el total del circuito para la alarma

Figura 13. Circuito completo.

Y con el periodo T se obtiene la frecuencia de la salida (out) con la siguiente fórmula:

En el caso del laboratorio, usaremos los siguientes valores de elementos en el 555.

Obtendremos un led que parpadea a una frecuencia de, aproximadamente, 2 Hz.

Para montar este circuito, debe elegir los valores de algunos elementos. Siga el siguiente

procedimiento.

1. Consiga la fotorresistencia que va a utilizar y un apuntador laser. Mida la resistencia de

la fotorresistencia cuando el laser incide sobre ella y cuando el laser se interrumpe.

2. Elija un valor para la resistencia R2. Según el valor de esta resistencia y los valores que

tome su LDR con el laser y sin el laser, será la variación del voltaje Vx para cada caso.

Calcule los valores entre los que variará Vx con laser y sin laser.

3. Según la forma en la que varía Vx, elija un valor de voltaje de referencia o de

comparación para el pin inversor (-) del amplificador operacional. Elija los valores para

R3 y R4 que garanticen este valor de voltaje Vref.

f. EL PREINFORME

Esta práctica no requiere la realización de un preinforme.

EL circuito debe llevarse montado a la clase y, para esto, deben calcularse los valores de

los elementos que se mencionaron más arriba.

g. RECOMENDACIONES

• Consulte las hojas de datos de los elementos que va a usar (amplificador

operacional, flip flop, 555). En ellas encontrará la configuración en pines de cada

uno, así como sus requerimientos de polarización y otra información importante.

• Es importante llevar la configuración en pines al laboratorio, pues esto permite

revisar el circuito de forma más fácil.

• En los divisores de voltaje, procure no usar resistencias muy pequeñas, para evitar

corrientes altas. Use resistencias en el rango de los kilo-ohmios.

• Aunque en el diagrama completo del circuito no se muestran, recuerde que los

amplificadores operacionales tienen entradas de polarización que ay que conectar.

Lo mismo sucede con el flip-flop.

• Recuerde llevar el circuito montado a la clase.

• Si tiene dudas o inconvenientes con el montaje, contacte al profesor vía correo

electrónico.