Practica 6b

5/23/2018 Practica 6b

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Objetivo:Una vez finalizada esta prctica, el alumno estar capacitado para:

Comprender la explicacin terica de los fototransistores, sus estructuras ysus caractersticas.

Implementar los circuitos para dibujar las caractersticas del fototransistor

en funcin de la intensidad de la luz. Utilizar el osciloscopio para obtener las caractersticas del fototransistor

Familiarizarse con el funcionamiento y las principales aplicaciones delfototransistor.

Material:

Fuente de alimentacin R4 Resistencia de 100

Multimetro R5 Resistencia de 1k, y de 10k Osciloscopio P1 potencimetro 10 k

Generador de funciones Protoboard

L1 Fuente luminosa (segn sensibilidaddel (Fototransistor )

Fototransistor

R1 Resistencia 1 K

R2 Resistencia 100

R3 Resistencia 330

PRACTICA NO. 6

NOMBRE DE LA PRCTICA:FUNCIONAMIENTO DELFOTOTRANSISTOR


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MARCO TERICO

FOTOTRANSISTOREl fototransistor es el dispositivo optoelectrnico que traduce la potencia ptica

incidente en una versin de fotocorriente amplificada, es decir, combina en unmismo encapsulado, la deteccin de luz y la ganancia. Su construccin es similara la de los transistores, excepto que la regin de base se expone a la luz a travsde una venta o lente. Se considera que un fototransistor es la combinacin de untransistor y un fotodiodo. Su smbolo se presenta en la Fig.

De igual manera que los transistores convencionales, el fototransistor cuenta contres regiones: Base, Colector y Emisor. Elcolector y el emisor, dentro del encapsulado,cuentan con sus respectivas terminales,mientras que la base acta como el receptor de

radiacin de fotones, como se muestra en laFig. En algunas ocasiones y con la finalidad deaumentar la sensibilidad del fototransistor, se lepuede agregar el contacto a la base.

FUNCIONAMIENTO DE UN FOTOTRANSISTORAl exponer el fototransistor a la luz, los fotones entran en contacto con la base delmismo, generando huecos y con ello una corriente de base que hace que eltransistor entre en la region activa, y se presente una corriente de colector aemisor. Es decir, los fotones en este caso, reemplazan la corriente de base que

normalmente se aplica elctricamente. Es por este motivo que a menudo elterminal correspondiente a la base est ausente del transistor. La caractersticams sobresaliente de un fototransistor es que permite detectar luz y amplificarmediante el uso de un slo dispositivo.

1. Un fototransistor opera, generalmente sin terminal de base (Ib=0) aunque en

algunos casos hay fototransistores tienen disponible un terminal de base para

trabajar como un transistor normal.

2. La sensibilidad de un fototransistor es superior a la de un fotodiodo, ya que la

pequea corriente fotogenerada es multiplicada por la ganacia del transistor.

3. Las curvas de funcionamiento de un fototransistor son las que aparecen en la

Figura. Como se puede

apreciar, son curvas

anlogas a las del transistor

BJT, sustituyendo la

intensidad de base por la

potencia luminosa por


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unidad de rea que incide en el fototransistor.

La sensibilidad de un foto-transistor es una funcin de la eficiencia quantum deldiodo colector-base y tambin dela ganancia decorriente DC deltransistor.

CARACTERSTICAS DE CONMUTACIN DEL FOTO-TRANSISTOR.En aplicaciones de conmutacin, existen dos requerimientos muy importantes queson:

Velocidad de conmutacin.

Voltaje de encendido.

Dado que algunas excitaciones pticas para los foto-transistores pueden tenerpulsos de luz rpidos, se aplican estas dos consideraciones.Velocidad de conmutacin:La figuramuestra la dependencia de la corriente de colector (o de excitacin) delretraso de encendido y el tiempo de subida. Como se indica el tiempo de retardo

es dependiente del dispositivo solamente;mientras que el tiempo de subida esdependiente de ambos, el dispositivo y lacarga.

Si una fuente de alta intensidad, tal como unalmpara flash de xenn se utiliza comoexcitacin ptica, el dispositivo se saturarpticamente, a menos que se ponga una granatenuacin ptica entre la fuente y eldetector. Esto puede resultar en un tiempo dealmacenamiento significativo durante elapagado, especialmente en el modo de baseflotada, dado que la carga no tiene una sendadirecta desde la regin de base. Sin embargosi se usa una fuente no saturaste tal como un


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diodo de arsenio-galio para la excitacin, el retardo en el apagado es bastantebajo.Voltaje de saturacin:Un switch ideal tiene impedancia cero de encendido, o una cada de voltaje decero cuando esta encendido. El voltaje de saturacin de encendido es

relativamente bajo, de aproximadamente 0.2 volts. Para una corriente dada decolector, esta es funcin de la excitacin.

ESPECIFICACIONES TCNICASLa tabla nos muestra los datos de un fototransistor tpico. La sensibilidad deradiacin colector a emisor se define como la corriente de salida del colector porunidad de irradiacin incidente con la base abierta. La correspondientesensibilidad se refiere a la corriente de la base por unidad de irradiacin incidentecon el emisor abierto. De esta manera, se refiere a la pequea corriente de la basegenerada por los fotones e incluye el factor de amplificacin del fototransistor, quepuede calcularse con (1).


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Desarrollo:

6.1.- Caractersticas del Fototransistor en funcin de lailuminacin

NOTA:En el caso de un transistor comn la corriente de colector Icesta en funcin del

Vcepara una corriente de base Ibdada. En el caso del fototransistor, la Ibesta en funcinde la intensidad luminosa, por tanto, Ic esta en funcin de Vce para una intensidad

luminosa dada. Se examinarn ahora las caractersticas de corriente de colector del

fototransistor en funcin de la polarizacin y de la intensidad de la luz.

Conecte el circuito segn la Fig. 6.1. Donde el fototransistor estar cortocircuitado atierra. Ajuste la corriente de base de entrada a cero, cortocircuitando Re a tierra.

Ubique la fuente luminosa segn Fig. 6.2 lo mejor alineado posible al fototransistor

tratando de bloquear la luz ambiente.

Fig. 6.1 Fig. 6.2

Vare el Vin, y calibre la tensin VLa cero (oscuridad).

Ajuste el potencimetro P1 para obtener voltaje Vce=2v, mida la Ic (medida en laoscuridad cuando ILs=0). Registre las observaciones en la tabla 6.1

Ajuste la tensin del colector Vce, y registre los valores obtenidos en la misma

tabla. Segn los valores de ILsaumentando la tensin VL


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Tabla 6.1

Corriente de collector Ic (Rc=1k)VL ILS (mA) Vce=2v

IB=0A

Vce=4v

IB=0A

Vce=6v

IB=0A

Vce=8v

IB=0A

0 0 0 0 0 0

0.8 8 0.67mA 0.99mA 1.37mA 1.97mA

1.6 16 0.67 mA 0.99mA 1.37mA 1.97mA

2.4 24 0.68mA 1mA 1.37mA 1.97mA

Utilizando la informacin de la tabla 6.1 dibuje en una grfica las caractersticas delFototransistor (Ic en funcin de la tensin Vce). Para Ib=0 y para diferentes valoresde corriente de fuente luminosa ILs=8, 16, 24 mA

Conecte el circuito de la Fig. 6.1, sustituyendo ahora R5=10 K, y repita los pasosanteriores registrando los datos en la tabla 6.2

Tabla 6.2

Corriente de collector Ic (Rc=10 k)VL ILS (mA) Vce=2v

IB=0A

Vce=4v

IB=0A

Vce=6v

IB=0A

Vce=8v

IB=0A

0 0 0 0 0 0

0.8 8 0.170mA 0.311mA 0.45mA 0.621mA

1.6 16 0.176mA 0.315mA 0.454mA 0.627mA

2.4 24 0.18mA 0.322mA 0.459mA 0.632mA

Utilizando la informacin de la tabla 6.2 dibuje en una grfica las caractersticas delFototransistor para Ib=0 (Ic en funcin de la tensin Vce). Para Ib=0 y paradiferentes valores de corriente de fuente luminosa ILs=8, 16, 24 mA

0

0.1

0.2

0.30.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 2 4 6 8 10

corrienteIC(mA)

Voltaje VCE (volts)

Ic


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Para los demas valores de ILs = 8 , 16 y 24 mA con Rc = 10k

Para los demas valores de ILs = 8 , 16 y 24 mA con Rc = 1k

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 2 4 6 8 10

corrienteIC(mA)

Voltaje VCE (volts)

Ic(mA)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0 2 4 6 8 10

corrienteIC(mA)

voltaje VCE (volts)

Ic(mA)


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FUNCIONAMIENTO:

Como podemos apreciar, el circuito emisor sigue siendo el mismo que se havenido utilizando desde las practicas anteriores ya que prcticamente lo queestamos cambiando son los receptores, primeramente utilizamos el fotodiodo y

ahora el que estamos utilizando como receptor es el fototransistor pero al igualque el fotodiodo este dispositivo utilizamos como emisor un led infrarrojo.

Mediante la variacin del Vin vamos a regular el estado del transistor y por lotanto vamos a variar la corriente que va a circular por el led infrarrojo variandoas la potencia luminosa que este dispositivo va a ofrecer.

Tal y como dice el desarrollo de la prctica, primeramente se tiene que poner elvalor de VL a cero con la finalidad de que no exista una potencia luminosaemitida por el led infrarrojo lo que quiere decir que el fototransistor seencontrara en la condicin de oscuridad y bajo esa condicin es cuando se

calibra el Vce debido a que en esa condicin es el mximo voltaje que puedepresentarse en tal unin ya que con la presencia de potencia luminosa o biencorriente de base el fototransistor permitir el paso de corriente as comopresentara la existencia de la propia corriente generada por la incidencialuminosa, disminuyendo el voltaje presente en la unin Vce, la calibracin delvoltaje de Vce se lleva a cabo mediante el potencimetro.

La funcin del potencimetro es la de variar su resistencia y como se puedever est conectado a tierra por lo tanto entre menor resistencia en elpotencimetro existir un menor voltaje en el transistor debido a que la mayor

cantidad de corriente se ira a tierra por el potencimetro, hora, cuandoqueremos que exista un mayor voltaje de unin Vce en el fototransistor lo quehacemos es aumentar la resistencia en el potencimetro para que una mayorcantidad de corriente circule por el fototransistor.

Una vez que calibramos el voltaje de la unin con un Vin = 0, aumentamosesta seal (Vin) segn las indicaciones dadas en el procedimiento, como sepuede ver el voltaje de la unin se hace prcticamente 0 debido a que elfototransistor entra en modo de conduccin y su resistencia es mnima, lacorriente como podemos apreciar en las tablas es la misma o con unavariacin muy diminuta, debido a que la corriente de base es 0 , como lacorriente generada por la incidencia luminosa es muy pequea las corrientesno presentan variacin y se mantienen constantes. Como se aprecia en la tablaa un mayor voltaje de VCE una mayor corriente de colector.

Para la segunda tabla sucede lo mismo solo que ahora como la resistencia esde mayor tamao y el voltaje es el mismo de la primera tabla, las corrientesmedidas sern de menor tamao debido a que a que con una mayorresistencia se necesitara menor paso de corriente para cumplir el voltajenecesario.


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CONCLUSIONES

Como se puede apreciar en las grficas la corriente de colector no varaaunque le cambiemos el valor a la seal de alimentacin, por un lado tenemosque la corriente de base est conectada a tierra por lo cual no tenemos

corriente de base y como la corriente que se genera por el fotoreceptor es muypequea entonces las corrientes darn los mismos valores o muy similarespara distintos valores de alimentacin en el emisor , al tener una mayoralimentacin el emisor irradiara con mayor intensidad sin embargo eso no nosafecta significativamente la corriente de colector. Por otro lado tenemos quecuando la iluminacin llega a cierto nivel la corriente de colector se haceprcticamente estable, aunque se le aumente la alimentacin al emisor almximo, desde que supero el limite la corriente no vara por lado contrariocuando la intensidad luminosa est por debajo de cierto lmite, el incremento ovariacin de corriente se vuelve ms notorio. Tambin podemos ver que conuna menor resistencia se presenta una mayor corriente en este caso con 1k y

cuando cambiamos esta valor por una resistencia de 10k la corrientedisminuyo.

6.2.- El transistor como amplificador.

Conecte el circuito de la Fig. 6.3 y conecte la fuente luminosa segn la Fig. 6.2,ajuste la intensidad luminosa (Corriente ILsde la fuente luminosa) para obtener una

tensin de emisor-colector.

Vce = Vdc / 2 = 12v / 2 = 6 v

Nota: Utilice una R5= 10 k

Fig. 6.3

Nota: para el procedimiento 6.2, R5 = 1k

Ponga el generador de funciones en onda senoidal y ajuste a 1 Vpp para 1 KHz


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Verifique la tensin de salida V out para la distorsin de la forma de onda, si estadistorsionada, disminuya la tensin de salida del generador de funciones ajuste la

intensidad luminosa.

Calcule la ganancia del amplificador del fototransistor utilizando la formula:Ganancia = Vout pp/ Vin pp

FUNCIONAMIENTO:

El funcionamiento de este circuito es muy simple, el transistor se encuentrafuncionando bsicamente como un amplificador solo que ahora el voltaje de VCEse va a ver afectado por la intensidad luminosa que se proponga mediante el LedInfrarrojo la cual se modifica de tal manera que el voltaje de la unin sea 6v comolo indica el procedimiento, los 6v resultan de dividir la alimentacin que debe ser12 v entre 2.

Lo que hace es amplificar la seal que metemos mediante el generador defunciones el cual se debe calibrar de manera que no sature la seal de salida oVout de manera que la onda senoidal no se deforme. La ganancia la vamos acalcular con el Vout entre Vin cuando el Vce est en 6 volts que es lo que secalcul con anterioridad.

Ahora para la segunda parte cuando se cambi la resistencia de 1k por la de 10ktuvimos que disminuir la seal de entrada del generador de funciones ya que elVout se saturaba demasiado debido a que la ganancia era mayor, entonces comodice las indicaciones procedimos a disminuir la seal del generador de maneraque no se saturada para poder as obtener una ganancia ms exacta.

Para el caso donde la R5 era 1k la ganancia nos dio aproximadamente 3 y cuandocambiamos R5 por 10K la ganancia nos dio aproximadamente 20 veces.

Ganancia con 1k

Ganancia = 3.16V / 1.1V = 2.87

Veces


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Ganancia con 10k

Ganancia = 10.4V / 520mV = 20

Veces

CONCLUSIONES

Como podemos ver en este punto principalmente lo que pudimos apreciar es queel funcionamiento del fototransistor tambin puede ser como el de cualquiertransistor ya conocido, como un amplificador con la diferencia de que en este casopara el fototransistor la ganancia se vera afectada por la intensidad luminosaemitida por el led infrarrojo de ah en fuera el funcionamiento es el ya conocido.

Cabe mencionar que uno de los puntos importantes de esta seccin es que parapoder analizar la ganancia con la resistencia de 10k tuvimos que bajar la

alimentacin (Vpp) del generador, esto con la finalidad de que no se nos saturarala salida, como la ganancia es mayor que con la resistencia de 1k entonces laseal se deformaba, para el ejemplo de la resistencia de 1k como alimentacinpusimos aproximadamente 1Vpp y para la resistencia de 10k necesitamos ajustarel Vpp a 500mV para tener una seal adecuada.

6.3.- Visualizacin de las caractersticas del fototransistor enel osciloscopio.


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Conecte el generador de funciones a la fuente luminosa segn la Fig. 6.4, y conectela fuente luminosa segn la Fig. 6.2 calibre el eje X a 1 V/cm y el eje Y a 0.1 v/cm.

Fig. 6.4

Ponga el control SWEEP TIME (base de tiempos) en la posicin X-Y posicione laexhibicin en el ngulo inferior izquierdo del osciloscopio, de lo contrario la curva

puede salirse de la pantalla.

Nota: El eje X representa la tensin Vce, el eje Y representa la corriente a travs del

Fototransistor, proporcional a la tensin a travs de la resistencia R4del emisor.

Ajuste la salida del generador de funciones a una onda senoidal de 100 Hz yamplitud mxima.

Utilice la funcin DC OFFSET(del generador de funciones), y ajuste la tensin desalida para obtener una seal positiva, ajuste la corriente ILsde la fuente luminosa,

y observe los cambios mostrados en la pantalla del osciloscopio.

Represente mediante una grfica las curvas del osciloscopio para ILs= 0, 5, 10, 15,20 mAmp.

FUNCIONAMIENTO:

Lo que hacemos en este circuito es bsicamente apreciar el funcionamiento del

Fototransistor, alimentamos el circuito con una seal triangular tal y como dicenlas indicaciones a una frecuencia de 100Hz.

Para evitar tener una seal alternante positiva-negativa utilizamos la funcin DCOFFSET para ajustar y que la seal se salida solo se positiva para ello se tieneque subir y volver solamente positiva, esto se varia en el generador de funciones.

Y mediante la funcin del osciloscopio XY podemos apreciar lo que sera larespuesta del fototransistor de Vce en funcin de la corriente del Fototransistor.


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Como se puede apreciar existir un mayor Vce cuando una mayor corrientecircule por el fototransistor y por el contrario a una menor corriente un menor Vce.

Con ILs = 0 mA Con ILs = 0.5mA

Con ILs = 1.0 mA Con ILs = 1.5mA

Con ILs = 2.0 mA

CONCLUSIONES:


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Este punto es tal y como dice la demostracin del funcionamiento del fototransistor, como

se puede ver, antes de que se rebase el nivel de voltaje necesario no existir una corriente

circulando pero cuando el voltaje supera el nivel indicado la corriente comienza a circular

generando la diagonal que se puede apreciar en la grfica, ahora, llega un momento en elque aun que se aumente el voltaje de la unin E-C al mximo la corriente se volver

prcticamente constante debido a que la conduccin seria mxima y aun que se le aumenteel voltaje la corriente seguir siendo la misma.

En la grfica se ve claramente que antes de cierto nivel de voltaje en la unin c-e la

corriente no circula o bien se comporta como un circuito abierto pero cuando el voltaje dela unin c-e supera ese lmite la corriente comienza a existir hasta el momento en el que la

corriente se vuelva constante, en ese momento no importara si se incrementa el voltaje la

corriente se comportara constante salvo que se disminuya en ese entonces entrara el

fototransistor en su modo de operacin y no quedara entre los estados de corte y

saturacin.

6.4.- Demostrar la operacin del fototransistor empleada encircuitos de aplicacin prcticos. (Explicar el comportamientodel circuito, y compruebe elctricamente).

TACOMETRO DIGITAL

PLANTEAMIENTOImplementando un fototransistor se realiz un tacmetro digital, mediante el cual es posible

medir las revoluciones por minuto de cualquier motor y as saber la velocidad a la cual est

trabajando dicho motor, ya que muchas veces vemos que el motor est trabajando pero no

sabemos de una manera concreta cuales son las rpm a las que est trabajando o incluso losradianes por segundo del motor.

DIAGRAMA A BLOQUES

ETAPA DE

EMISOR

ETAPA DE

VISUALIZAR

ETAPA DE

ACOPLOETAPA DE

RECEPTOR

ETAPA DE

CONTROL


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DIAGRAMA ELECTRICO

EXPLICACION DEL CIRCUITO

El tacmetro digital como vemos en el diagrama elctrico estar conformador de un emisor

(diodo infrarrojo) y un receptor (fototransistor) en medio de ambos se encuentra un motorcon una hlice a cual tiene una ranura que nos va a permitir que el haz emitido por el diodo

infrarrojo sea detectado cada vez que pase por la ranura. Con ello tendremos un que en un

minuto el fototransistor ser capaz de detectar los rayos infrarrojos que sern lanzados por

el emisor.El micro controlador ser el encargado de recibir los pulsos de nuestro circuito con el

fototransistor y utilizando un contador y un temporizador contara los pulsos (los 1 logicos)

en 1 segundo, despus los multiplicara por 60 y en la LCD veremos cuantas revolucionespor minuto es la velocidad de nuestro motor.

CODIGO


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CONCLUSION

como podemos ver en este punto se realiz lo que es la aplicacin del fototransistor,

nosotros quisimos darle una aplicacin que nos sirviera para un futuro, por lo que nosinclinamos por desarrollar un tacmetro digital, como se puede ver la mayor parte del

trabajo la realiza el microcontrolador que es una de las herramientas que ms se utiliza hoy

en da, esta aplicacin fue posible debido a la velocidad de conmutacin que ofrece el

fototransistor ya que las revoluciones van dependiendo de cada tipo de motor as como dela alimentacin que se le ponga al mismo, la velocidad con la que gire el motor puede ser

muy grande y como se puede apreciar el fototransistor nos da una buena respuesta a

muchas revoluciones.

As como esta existe muchas aplicaciones en las cuales se puede utilizar el fototransistor y

en las cuales no es posible utilizar un fotodiodo que su funcin bsicamente es la misma


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pero tienen algunas caractersticas diferentes de respuesta como lo son la velocidad de

conmutacin as como la sensibilidad a la que responde cada uno, es de ah de donde se

tiene que analizar para ver que dispositivo es el ms adecuado para nuestra aplicacin. Esta

aplicacin de medir las revoluciones puede ser adecuado para cualquier motor dedimensiones pequeas y en la que su velocidad de giro este dentro del rango de la velocidad

de conmutacin del receptor.

Con esto concluimos la prctica correspondiente a fototransistor, en el cual analizamos su

comportamiento y su funcionamiento para saber cmo y dnde se puede usar.

FIG 6.4.3 TACOMETRO TERMINADO CON CIRCUITO

FIG 6.4.3 TACOMETRO FUNCIONANDO Y CONTANDO RPM

BIBLIOGRAFIA


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http://garduza.mx/b302/index.php?option=com_content&view=article&id=56&Itemid=168

http://www.itlalaguna.edu.mx/Academico/Carreras/electronica/opteca/OPTOPDF2_archivos/UNIDAD2TEMA4.PDF
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