8/10/2019 Circuito de Linealizacin para una Fotorresistencia LDR

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FACULTAD DECIENCIA YTECNOLOGA

Informe de Prctica #4

C i r c u i t o d e L i n e a l i z a c i n p a r a u n af o t o r r e s i s t e n c i a ( L D R )

ESCUELA: Ingeniera Electrnica

ASIGNATURA: Sensores y Transductores

DOCENTE: Ing. Jos Luis Pesantez

ALUMNOS: Fernando Arbito

Fernando Velastegu

Carlos Zeas

CUENCA - ECUADOR

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1 ABSTRACT

El siguiente documento es un informe de laboratorio en el que se analiza el

funcionamiento de un circuito de linealizacin para una fotorresistencia; se

analiza tambin, posteriormente, un circuito de aplicacin llamado seguidor de

luz, el cual implementa dos fotorresistencias. Adems se muestran dos circuitos

de interfaz para la conexin de un fotodiodo y un fototransistor.

2 OBJETIVOS

1 1 GeneralLinealizar la respuesta caracterstica resistencia versus iluminacin de una

LDR, mediante el montaje del circuito propuesto a continuacin y con el

criterio de la correcta seleccin de su resistencia fija de linealizacin, para aspoder implementar este sensor en aplicaciones que requieran de una

respuesta lineal aceptable.

1 2 Especficos Construir el circuito de aplicacin: carro seguidor de luz mediante la

implementacin de dos fotorresistencias.

Presentar los circuitos de interfaz para la conexin de un fotodido y parala de un fototransistor.

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2 FUNDAMENTOSTERICOS

2 1 Fotorresistencia o LDR(Ruiz, 184-189)

Una fotorresistencia (Fig. 1) o LDR, del ingls Light Dependent Resistor,

es un componente semiconductor que vara su valor hmico segn la

intensidad de radiacin luminosa que incida sobre su superficie; es decir, su

valor de resistencia elctrica est en funcin de la iluminacin recibida. A

medida que la intensidad luminosa incidente aumenta, el valor de su

resistencia disminuye.

Figura 1: Aspecto fsico de una LDR.

2 1 1 Construccin y funcionamiento

Se fabrican utilizando materiales fotosensibles como: sulfuro de cadmio

(aplicaciones en el espectro visible), sulfuro de plomo (para el espectro

infrarrojo), sulfuro de talio o seleniuro de cadmio; los cuales se encapsulan en

vidrio, resina o bajo un recubrimiento de laca transparente, que permita la

incidencia de luz.

Estos materiales poseen pocos electrones libres cuando se encuentran

en condiciones de oscuridad, pero a causa del efecto fotoconductor los

electrones libres aumentan cuando el material es iluminado; en

consecuencia, su conductividad crece y por tanto su resistencia hmica

disminuye.

2 1 2 Curva caracterstica de calibracin

Una de las caractersticas tcnicas ms importantes para la calibracin de

una LDR es aquella que establece la relacin entre su resistencia hmica y laintensidad de iluminacin a la que se expone, datos que se obtienen de la

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curva caracterstica resistencia-iluminacin suministrada por su fabricante

(Fig. 2).

Figura 2: Curva caracterstica resistencia-iluminacin.

La relacin entre el valor de la resistencia y la iluminacin es no lineal y

puedes ser modelada matemticamente como una funcin hiperblica,

donde: R es la resistencia en ohmios, es la iluminacin en lux,

K y son constantes que dependen del material, variando tpicamente

entre -0.7 a -0.9.

2 2 Circuito de Interfaz para un Fotodiodo

Figura 3: Circuitos de polarizacin de un fotodiodo.

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Entonces el objetivo es dar a la RL el valor adecuado, para que la salida

mantenga una respuesta aproximadamente lineal ante las variaciones que se

producen en la LDR a causa de los cambios de luminosidad.

Este valor para RL debe ser igual al valor la LDR cuando est expuesta a la

mayor iluminacin que se desea medir.

El valor correspondiente a la resistencia de nuestra LDR cuando la expusimos

a una iluminacin controlada 1 de 200 Lumens fue de 400k, aproximadamente.

5 RESULTADOS DE LASIMULACIN

La simulacin se realiz para dos valores distintos de RL, con el fin de

comprobar cul de estos dos era el ms adecuado para obtener la mejor

respuesta de linealidad en la salida del circuito.

Primero simulamos el funcionamiento con una resistencia RL1 igual a 120k

escogida al azar, y generamos la curva de la Fig. 5 mediante un barrido de

valores sobre la LDR1 con ayuda de la herramienta DC Sweep Analysis del

software Proteus 8.

Luego reemplazamos RL1 por RL2 igual a 400k y generamos la curva de la

figura 6 simulando un barrido de valores sobre LDR2.

1 Para controlar y medir la iluminacin variamos la seal de corriente hacia un diodo LED, ubicadofrente a la LDR dentro de un entorno oscuro, como se explica en la seccin 6.

Figura 5: Simulacin del circuito para dos valores de resistencia. a) RL1=120K y b) RL2=400K.

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Como resultados de la simulacin se muestran las curvas caractersticas

resistencia -iluminacin de cada caso, con la magnitud de resistencia

representada en el eje y y la magnitud de lmenes en el eje x

En la Fig. 6 podemos evidenciar el efecto de RL2 = 400k en la mejora de

linealidad para la mayor parte de la curva.

Figura 6: Curva caracterstica"resistencia-iluminacin" con RL1=120K.

Figura 7: Curva con RL2=400K. Mejor la linealidad para valores bajos de resistencia.

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6 MONTAJE DELCIRCUITO

El control de la iluminacin sobre la LDR form una parte fundamental en elmontaje del circuito, al cual podemos aportar con la siguiente explicacin:

Para el correcto montaje de la LDR en el circuito optamos por la

implementacin de un diodo LED frente a sta.

Mediante un control por PWM (Pulse Wide Modulation) variamos la

intensidad de corriente hacia el LED, de esta manera controlamos la intensidad

de brillo con la que se irradia a la LDR y pudimos registrar de forma ms precisa la

variacin de los parmetros en la fotorresistencia.

Para evitar cualquier perturbacin externa (luz ambiente), decidimos encerrar

a la LDR y al LED en una caja oscura completamente sellada.

El control de PWM, con el cual alimentamos al LED, y la adquisicin de datos

de la LDR; fue realizado mediante la tarjeta myDAQ y el software ELVISmx.

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7 ADQUISICIN DEDATOS

La adquisicin de los datos desde el circuito, la realizamos utilizando la tarjeta

MyDAQ y un programa creado en el software LabView 7.1 (Fig. 7) facilitado por

el profesor.

Finalmente, tabulamos los datos producto de la adquisicin y graficamos

estos resultados para ambos valores de la resistencia RL, de esta manera

podemos observar que s se ha conseguido linealizar buena parte de la respuesta

de la LDR, como lo vemos en las tablas y grficas de las figuras 8 y 9.

Figura 8: Adquisicin de datos mediante el software LabView 7.1.

Figura 9: Resultados de la adquisicin de datos con RL1=120K.

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8 CIRCUITO DEAPLICACIN CON R S

Utilizamos dos fotorresistencias como parte del circuito de un Carro Seguidor

de Luz, como se muestra en la figura 10.

Figura 11: Aplicacin de LDR's en el circuito de un Carro Seguidor de Luz.

Figura 10: Resultados de la adquisicin de datos con RL1=400K.

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El potencimetro RV1 sirve para regular la sensibilidad de cada LDR.

El voltaje en la salida de cada amplificador LM293: U1A y U1B, est en

funcin tanto de LDR1 como de la LDR2, debido a la conexin cruzada entre

amplificadores, en la cual la entrada no inversora de un amplificador se conecta a

la inversora del otro y viceversa.

Estos voltajes de U1A y U1B alimentan la base de dos transistores 2N3906:

Q1 y Q2 respectivamente, los cuales sirven como una interfaz de potencia para

controlar ambos motores. Cada motor controla una rueda delantera del carro.

Explicado lo anterior podemos notar que cuando se presenta mayor

intensidad lumnica en alguna de las dos LDRs, el motor correspondiente a es e

lada girar ms rpido y el otro motor se ralentizar, lo que permite que el carro

gire hacia la izquierda o hacia la derecha, siguiendo una luz, mientras se mueve

hacia delante.

Este funcionamiento pudimos comprobarlo virtualmente mediante la

simulacin y luego, de forma prctica con el montaje de este circuito en el

armazn de un carro de plstico de juguete; como se muestra en las fotos

adjuntas.

Foto 6: Fotorresistencias ubicadasen la defensa del carro.

Foto 5: Circuito montado en el circuitoimpreso dentro del prototipo.

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9 CONCLUSIONES

Se logr linealizar de forma discreta la respuesta no lineal de una LDR, con

base en un circuito divisor de voltaje que es medianamente eficiente para

cortos rango de luminosidad.

Cuando se quiere linealizar mediante divisor de voltaje, el valor de la

resistencia fija en serie debe ser igual al valor de la LDR cuando est

expuesta a la mayor iluminacin que se va a medir, para que este mtodo

sea efectivo.

Pudimos construir y probar con xito un carro seguidor de luz,

implementando como parte fundamental de su circuito a las

fotorresistencias.

Investigamos dos circuitos de interfaz para la utilizacin del fotodiodo y

para la del fototransistor.

10 BIBLIOGRAFA

RUIZ, Francisco. Componentes Electrnicos. Editorial Ceac. 2000. Per.Cap. 8: Resistencias no lineales.

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