Detector de humo

1. TEMA: Detector de Humo
2. OBJETIVOS:

1. Demostrar el funcionamiento de un detector de humo.
2. Diseñar un detector de humo que sirva como alarma aplicando los conocimientos adquiridos en la materia de Electrónica II.
3. Armar el esquema del circuito comprobando el funcionamiento del amplificador LM741.

1. INTRODUCCIÓN

El proyecto que presentaremos a continuación tiene como función comprobar continuamente la luz que recibe una LDR de un LED ubicado enfrente, y en caso de que este valor disminuya, se cierran los contactos de un relé durante un cierto tiempo.

Un detector de Humo es un aparato de seguridad que detecta la presencia del humo en el aire y emite una señal acústica. La lámpara y la celda fotoconductora se montan en una cámara cerrada a la que puede entrar humo, pero no la luz del exterior. El fotoconductor es una resistencia a la luz. Cuando no hay humo es muy poca la luz que incide en el fotoconductor y su resistencia permanece en cierto conductor alto, es decir, varios cientos de kilo-ohms. El control de sensibilidad de 10KΩ se ajusta hasta que se apaga la alarma.

Si entra el humo a la cámara, este provocará que la luz se refleje en las partículas de humo e incida en el fotoconductor. Esto a su vez, ocasiona que la residencia del fotoconductor disminuya y se eleve el voltaje por la resistencia. De esta manera, cuando las partículas de humo abandonan la cámara, la resistencia del fotoconductor aumenta y la alarma se desactiva. Es necesario montar la lámpara y la fotorresistencia en una caja negra y plana,  a prueba de luz, en la que pueda penetrar el humo, la luz ambiental impide un correcto funcionamiento. La red resistiva a la entrada del amplificador operacional forma un puente de Wheatstone. Este circuito puede utilizarse también para monitorear el nivel de partículas de polvo en un ambiente de sala limpia.

1. MARCO TEÓRICO

1. FOTORESISTENCIA

Una fotorresistencia es un componente electrónico cuya resistencia disminuye con el aumento de intensidad de luz incidente. Puede también ser llamado fotorresistor, fotoconductor, célula fotoeléctrica o resistor dependiente de la luz. Su cuerpo está formado por una célula o celda.

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Fig. 4.1.1 Fotocelda o fotorresistencia, cambia su valor resistivo conforme a la intensidad de luz. A mayor luz, menor resistencia y viceversa.

Características y funcionamiento

Su funcionamiento se basa en el efecto fotoeléctrico. Un fotorresistor está hecho de un semiconductor de alta resistencia como el sulfuro de cadmio, CdS. Si la luz que incide en el dispositivo es de alta frecuencia, los fotones son absorbidos por las elasticidades del semiconductor dando a los electrones la suficiente energía para saltar la banda de conducción. El electrón libre que resulta, y su hueco asociado, conducen la electricidad, de tal modo que disminuye la resistencia. Los valores típicos varían entre 1 MΩ, o más, en la oscuridad y 100 Ω con luz brillante.

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Fig. 4.1.2 Partes de una fotoresistencia.

Las células de sulfuro del cadmio se basan en la capacidad del cadmio de variar su resistencia según la cantidad de luz que incide en la célula. Cuanta más luz incide, más baja es la resistencia. Las células son también capaces de reaccionar a una amplia gama de frecuencias, incluyendo infrarrojo (IR), luz visible, y ultravioleta (UV).

La variación del valor de la resistencia tiene cierto retardo, diferente si se pasa de oscuro a iluminado o de iluminado a oscuro. Esto limita a no usar los LDR en aplicaciones en las que la señal luminosa varía con rapidez. El tiempo de respuesta típico de un LDR está en el orden de una décima de segundo. Esta lentitud da ventaja en algunas aplicaciones, ya que se filtran variaciones rápidas de iluminación que podrían hacer inestable un sensor (ej. tubo fluorescente alimentado por corriente alterna). En otras aplicaciones (saber si es de día o es de noche) la lentitud de la detección no es importante. Se fabrican en diversos tipos y pueden encontrarse en muchos artículos de consumo, como por ejemplo en cámaras, medidores de luz, relojes con radio, alarmas de seguridad o sistemas de encendido y apagado del alumbrado de calles.

1. AMPLIFICADOR OPERACIONAL

Uno de los dispositivos electrónicos más versátiles y de mayor uso en aplicaciones lineales es el amplificador operacional al que con frecuencia se le conoce como op amp. Los amplificadores operacionales son populares porque son baratos y fáciles de usar. Le permiten a uno construir útiles circuitos sin tener que saber nada sobre su circuitería interna. Por lo común los amplificadores operacionales resisten los errores de alambrado gracias a que cuentan con circuitos de protección internos. El término “operacional” de estos amplificadores originalmente se refería a operaciones matemáticas. Los primeros amplificadores operacionales se usaban en circuitos para sumar, restar, multiplicar e incluso resolver ecuaciones diferenciales. Estas operaciones se realizan mucho en computadoras digitales debido a su velocidad, precisión y versatilidad sin embargo, las computadoras digitales no condenaron a la desaparición al amplificador operacional.

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Fig. 4.2.1 Símbolo de un amplificador operacional.

Comportamiento en corriente continua (DC)

Lazo abierto

La salida del A. O. será la resta de sus dos entradas multiplicada por un factor. Este factor suele ser del orden de 100.000 (que se considerará infinito en cálculos con el componente ideal). Por lo tanto si la diferencia entre las dos tensiones es de 1V la salida debería ser 100.000 V. Debido a la limitación que supone no poder entregar más tensión de la que hay en la alimentación, el A. O. estará saturado si se da este caso. Esto será aprovechado para su uso en comparadores. Si la tensión más alta es la aplicada a la patilla + (entrada no inversora) la salida será VS+, mientras que si la tensión más alta es la del pin - (entrada inversora) la salida será la alimentación VS-.

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