Emisores y receptores de infrarrojos

Houston, tenemos un problema!!!. ¿Que hacemos ahora con todos estos led?. Cuales son emisores de infrarrojos y cuales receptores?. Vamos a ver como averiguarlo, y medir algunos parámetros que nos permitan utilizarlos en la práctica.

Este es el resultado de muchos desguaces:

Leds IR

Inicialmente podemos hacernos una idea de cual es emisor y cual receptor mirando al interior del dispositivo. Los LED tienen un chip más pequeño que los fototransistores (que necesitan más superficie de recepción para ser sensibles). Esto solo es orientativo. Vamos a utilizar un montaje que nos permita emitir desde un diodo emisor y recibir en un fototransistor y medir algunos parámetros.

Este es el esquema del montaje (soy más rápido con el rotulador que con el ratón), junto a él una foto de la realización práctica:

IR 2IR 3

1. Conector del LED emisor.
2. Resistencia R1.
3. Conector del fototransistor.
4. Resistencia R2
5. Cables al voltímetro
6. Cables de alimentación 5V.

La resistencia R1 de, 330 Ohmios, es para limitador la corriente que circula por el LED emisor de infrarrojos. Un LED típico suele tener una caída de tensión de 1,2 V. Entonces (5V-1,2V)/330Ohmios = 11,5 mA. Podemos probar otras corrientes (menores de 20 mA para no quemar el LED) para obtener más intensidad de infrarrojo, pero la curva corriente – emisión de los LED no es lineal: necesitamos aumentar mucho la corriente para obtener poca mejora en la emisión. Podemos ver un datasheet de un emisor SFH484 para hacernos una idea.

Para comenzar colocamos un voltímetro en paralelo con R1 y pinchamos un LED tapado en el zócalo del emisor. Si la polaridad no es la correcta veremos que el voltímetro no marca nada, conectaremos el LED al revés. Cuando la polaridad sea la correcta podremos leer un valor de voltaje 3,8 V aproximadamente (5V – 1,2V). Si nos hemos equivocado y hemos pinchado un fototransistor, al estar tapado, no circulará corriente en ninguna posición. En la foto de abajo puede verse el LED infrarrojo de disquetera emitiendo, y la caída de tensión en R1. El brillo del LED no es un reflejo: los CCD suelen ser muy sensibles al infrarrojo. Se puede ver un LED emitiendo con una webcam (como es mi caso) o con la cámara de un teléfono móvil, muy útil para saber si funciona o no el mando de la tele.

IR

La resistencia R2 proporciona la polarización para el fototransistor. Usaremos 4K7 para comenzar porque es el valor estándar para un pull up de una entrada TTL. La corriente que circulará por el fototransistor es muy pequeña y no tendremos posibilidad de estropearlo. En el voltímetro V podremos ver si el fototransistor conduce. Tendremos 5V sin conducción, tensión que disminuye conforme conduce el fototransistor. Al llegar a la saturación tendremos una pequeña Vce de saturación.

Colocamos el fototransistor tapado en el conector. El voltímetro debe marcar unos 4,9 V. Sacamos el fototransistor y lo colocamos invertido de polaridad. Si, tapado, baja la lectura en algún momento es que nos hemos equivocado, es un LED y esta emitiendo. Si todo es correcto deberíamos leer unos 4,9V. Destapamos el fototransistor y lo encaramos con el emisor. Debería bajar la lectura, si no lo hace invertimos la polaridad. Como referencia podemos ver el datasheet de un fototransistor BP103.

Test 1Test 2

Hemos colocado un fototransistor de una disquetera. En la imagen de la izquierda vemos el fototransistor conduciendo. Recibe el haz infrarrojo a 1 cm de distancia. En la foto de la derecha interrumpimos el haz con un cartón (bastante opaco a los rayos infrarrojos).

Test 3Test 4

Ahora probamos otro fototransistor. Esta vez de un vídeo. Puede verse que es mucho más sensible que el anterior. Puede ser que su máxima sensibilidad espetral coincida con el pico de emisión del LED (es decir que trabajen en la misma longitud de onda), o simplemente que sea más sensible.

Ahora vamos a probar esta misma pareja con el haz reflejado. Así podremos, además, probar como se comporta ante superficies de distinto color. ATENCIÓN el infrarrojo NO es luz visible, no podemos guiarnos por la vista para determinar las características de una superficie. Podemos ver (en el espectro visible) una superficie completamente negra pero que refleje el infrarrojo a la perfección, o al revés. Esto pasó en Alcabot 2001: las líneas de rastreadores estaban pintadas con una tinta que, pese a ser negra, apenas absorbía el infrarrojo. Los robots (equipados casi todos con CNY70) apenas distinguían las líneas negras del fondo blanco. Sin embargo la cinta aislante negra, que parece brillante, no reflejaba nada el infrarrojo.

Test 5

En la foto superior el ya hemos dispuesto los elementos para probar en reflexión. Interrumpimos el haz y vemos el offset de 4,93 V. Abajo reflejamos el haz con la cara blanca del cartón, y luego con la negra. Hay una diferencia de 2,1 Voltios, suficiente discriminar blanco de negro, pero poco para un uso “digital”. La superficie negra refleja bastante infrarrojo en este caso,

Test 6Test 7

Una última prueba, con otro emisor distinto y a más distancia. He tenido que separar el emisor del receptor por otro cartón porque el haz emitido se abre mucho y lo capta el receptor.

Test 8

Algunas notas más: se puede alimentar hasta con 100 mA los emisores, algunos lo aceptan pero otros no. Si conocer sus características exactas es mejor ser conservador. En pulsos de algunos nanosegundos aceptan hasta 3A. Si pulsamos la emisión con un ciclo de trabajo de 10%,, por ejemplo, podremos alimentar con 10 veces más corriente sin pasarnos de potencia media.

Esto es todo. Espero no haberme enrollado mucho, no querría que esto fuera un curso de dispositivos de infrarrojos, solo un pequeño manual práctico de su uso. Cada cual que experimente lo que más le guste o lo que necesite. Utilizando estas técnicas conseguí emparejar los emisores y receptores que usé en mi robot Dixi, que detectaban por reflexión a 4 centímetros y proporcionaban usa salida de 0,6 V con reflexión y 4,2 V sin ella, por lo que podía usarlos con entradas digitales directamente.