LED (LIGHT EMITTING DIODE)
O diodo emissor de luz também é conhecido pela sigla em inglês LED (Light Emitting Diode).
Sua funcionalidade básica é a emissão de luz em locais e instrumentos
onde se torna mais conveniente a sua utilização no lugar de uma lâmpada.
Especialmente utilizado em produtos de microeletrônica como sinalizador
de avisos, também pode ser encontrado em tamanho maior, como em alguns
modelos de semáforos. Também é muito utilizado em Painel de Led, Cortina
de Led e Pista de Led.
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CARACTERÍSTICAS:
O
LED é um diodo semicondutor (junção P-N) que quando energizado emite
luz visível por isso LED (Diodo Emissor de Luz). A luz não é
monocromática (como em um laser), mas consiste de uma banda espectral
relativamente estreita e é produzida pelas interacções energéticas do
electrão (português europeu)/elétron (português brasileiro). O processo de emissão de luz pela aplicação de uma fonte eléctrica de energia é chamado eletroluminescência.
Em
qualquer junção P-N polarizada diretamente, dentro da estrutura,
próximo à junção, ocorrem recombinações de lacunas e elétrons. Essa
recombinação exige que a energia possuída elétrons, que até então era
livre, seja liberada, o que ocorre na forma de calor ou fótons de luz .
No
silício e no germânio, que são os elementos básicos dos diodos e
transistores, entre outros componentes electrônicos, a maior parte da
energia é liberada na forma de calor, sendo insignificante a luz emitida
(devido a opacidade do material), e os componentes que trabalham com
maior capacidade de corrente chegam a precisar de irradiadores de calor
(dissipadores) para ajudar na manutenção dessa temperatura em um patamar
tolerável.
Já
em outros materiais, como o arsenieto de gálio (GaAs) ou o fosfeto de
gálio (GaP), o número de fotões de luz emitido é suficiente para
constituir fontes de luz bastante eficientes.
A
forma simplificada de uma junção P-N de um led demonstra seu processo
de eletroluminescência. O material dopante de uma área do
semicondutor contém átomos com um elétron a menos na banda de
valência em relação ao material semicondutor. Na ligação, os íons desse
material dopante (íons "aceitadores") removem elétrons de valência do
semicondutor, deixando "lacunas" (ou buracos), portanto, o semicondutor
torna-se do tipo P. Na outra área do semicondutor, o material dopante
contém átomos com um elétron a mais do que o semicondutor puro em sua
faixa de valência. Portanto, na ligação esse elétron fica disponível sob
a forma de elétron livre, formando o semicondutor do tipo N.
Os
semicondutores também podem ser do tipo compensados, isto é, possuem
ambos os dopantes (P e N). Neste caso, o dopante em maior concentração
determinará a que tipo pertence o semicondutor. Por exemplo, se existem
mais dopantes que levariam ao P do que do tipo N, o semicondutor será do
tipo P. Isso implicará, contudo, na redução da Mobilidade dos
Portadores.
A
Mobilidade dos Portadores é a facilidade com que cargas n e p (elétrons
e buracos) atravessam a estrutura cristalina do material sem colidir
com a vibração da estrutura. Quanto maior a mobilidade dos portadores,
menor será a perda de energia, portanto mais baixa será a resistividade.
Na
região de contato das áreas, elétrons e lacunas se recombinam, criando
uma fina camada praticamente isenta de portadores de carga, a chamada
barreira de potencial, onde temos apenas os íons "doadores" da região N e
os íons "aceitadores" da região P, que por não apresentarem portadores
de carga "isolam" as demais lacunas do material P dos outros elétrons
livres do material N.
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Um
elétron livre ou uma lacuna só pode atravessar a barreira de potencial
mediante a aplicação de energia externa (polarização direta da junção).
Aqui é preciso ressaltar um fato físico do semicondutor: nesses
materiais, os elétrons só podem assumir determinados níveis de energia
(níveis discretos), sendo as bandas de valência e de condução as de
maiores níveis energéticos para os elétrons ocuparem.
A
região compreendida entre o topo da de valência e a parte inferior da
de condução é a chamada "banda proibida". Se o material semicondutor for
puro, não terá elétrons nessa banda (daí ser chamada "proibida"). A
recombinação entre elétrons e lacunas, que ocorre depois de vencida a
barreira de potencial, pode acontecer na banda de valência ou na
proibida. A possibilidade dessa recombinação ocorrer na banda proibida
se deve à criação de estados eletrônicos de energia nessa área pela
introdução de outras impurezas no material.
Como
a recombinação ocorre mais facilmente no nível de energia mais próximo
da banda de condução, pode-se escolher adequadamente as impurezas para a
confecção dos LEDs, de modo a exibirem bandas adequadas para a emissão
da cor de luz desejada (comprimento de onda específico).
FUNCIONAMENTO:
A
luz emitida não é monocromática, mas a banda colorida é relativamente
estreita. A cor, portanto, dependente do cristal e da impureza de
dopagem com que o componente é fabricado. O led que utiliza o arsenieto
de gálio emite radiações infra-vermelhas. Dopando-se com fósforo, a
emissão pode ser vermelha ou amarela, de acordo com a concentração.
Utilizando-se fosfeto de gálio com dopagem de nitrogênio, a luz emitida
pode ser verde ou amarela. Hoje em dia, com o uso de outros materiais,
consegue-se fabricar leds que emitem luz azul, violeta e até
ultra-violeta. Existem também os leds brancos, mas esses são geralmente
leds emissores de cor azul, revestidos com uma camada de fósforo do
mesmo tipo usado nas lâmpadas fluorescentes, que absorve a luz azul e
emite a luz branca. Com o barateamento do preço, seu alto rendimento e
sua grande durabilidade, esses leds tornam-se ótimos substitutos para as
lâmpadas comuns, e devem substituí-las a médio ou longo prazo. Existem
também os leds brancos chamados RGB (mais caros), e que são formados por
três "chips", um vermelho (R de red), um verde (G de green) e um azul
(B de blue). Uma variação dos leds RGB são leds com um microcontrolador
integrado, o que permite que se obtenha um verdadeiro show de luzes
utilizando apenas um led.
Encontra-se o aspecto físico de alguns leds e o seu símbolo elétrico.
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Em
geral, os leds operam com nível de tensão de 1,6 a 3,3V, sendo
compatíveis com os circuitos de estado sólido. É interessante notar que a
tensão é dependente do comprimento da onda emitida. Assim, os leds
infravermelhos geralmente funcionam com menos de 1,5V, os vermelhos com
1,7V, os amarelos com 1,7V ou 2.0V, os verdes entre 2.0V e 3.0V,
enquanto os leds azuis, violeta e ultra-violeta geralmente precisam de
mais de 3V. A potência necessária está na faixa típica de 10 a 150 mW,
com um tempo de vida útil de 100.000 ou mais horas.
Sendo
polarizado, a maioria dos fabricantes adota um "código" de
identificação para a determinação externa dos terminais A (anodo) e K
(catodo) dos leds.
Nos
leds redondos, duas codificações são comuns: identifica-se o terminal K
como sendo aquele junto a um pequeno chanfro na lateral da base
circular do seu invólucro ("corpo"), ou por ser o terminal mais curto
dos dois. Existem fabricantes que adotam simultaneamente as duas formas
de identificação.
Nos
leds retangulares, alguns fabricantes marcam o terminal K com um
pequeno "alargamento" do terminal junto à base do componente, ou então
deixam esse terminal mais curto.
Mas,
pode acontecer do componente não trazer qualquer referência externa de
identificação dos terminais. Nesse caso, se o invólucro for
semi-transparente, pode-se identificar o catodo (K) como sendo o
terminal que contém o eletrodo interno mais largo do que o eletrodo do
outro terminal (anodo). Além de mais largo, às vezes o catodo é mais
baixo do que o anodo.
Os diodos emissores de luz são empregados também na construção dos displays alfa-numéricos.
Há
também leds bi-colores, que são constituídos por duas junções de
materiais diferentes em um mesmo invólucro, de modo que uma inversão na
polarização muda a cor da luz emitida de verde para vermelho, e
vice-versa. Existem ainda leds bicolores com três terminais, sendo um
para acionar a junção dopada com material para produzir luz verde, outro
para acionar a junção dopada com material para gerar a luz vermelha, e o
terceiro comum às duas junções. O terminal comum pode corresponder à
interligação dos anodos das junções (leds bicolores em anodo comum) ou dos seus catodos (leds bi-colores em catodo comum).
Embora
normalmente seja tratado por led bicolor (vermelho+verde), esse tipo de
led é na realidade um "tricolor", já que além das duas cores
independentes, cada qual gerada em uma junção, essas duas junções podem
ser simultaneamente polarizadas, resultando na emissão de luz
alaranjada.
Geralmente,
os leds são utilizados em substituição às lâmpadas de sinalização ou
lâmpadas pilotos nos painéis dos instrumentos e aparelhos diversos. Para
fixação nesses painéis, é comum o uso de suportes plásticos com rosca.
Como
o diodo, o LED não pode receber tensão diretamente entre seus
terminais, uma vez que a corrente deve ser limitada para que a junção
não seja danificada. Assim, o uso de um resistor limitador em série com o
Led é comum nos circuitos que o utilizam. Para calcular o valor do
resistor usa-se a seguinte fórmula: R = (Vfonte-VLED)/ILED, onde Vfonte é
a tensão disponível, VLED é a tensão correta para o LED em questão e
ILED é a corrente que ele pode suportar com segurança.
Tipicamente,
os LEDs grandes (de aproximadamente 5 mm de diâmetro, quando redondos)
trabalham com correntes da ordem de 12 a 30 mA e os pequenos (com
aproximadamente 3 mm de diâmetro) operam com a metade desse valor.
Assim:
Adotamos I1 = 15 mA e I2 = 8 mA, Vfonte = 12 V, VLED = 2 V:
R1 = (12 - 2)/0,015 = 10/0,015 = 680*
R2 = (12 - 2)/0,008 = 10/0,008 = 1K2*
Aproximamos os resultados para os valores comerciais mais próximos.
Os LEDs não suportam tensão reversa (Vr)
de valor significativo, podendo-se danificá-los com apenas 5V de tensão
nesse sentido. Por isso, quando alimentado por tensão C.A., o LED
costuma ser acompanhado de um diodo retificador em antiparalelo
(polaridade invertida em relação ao LED), com a finalidade de conduzir
os semi-ciclos nos quais ele - o LED - fica no corte, limitando essa
tensão reversa em torno de 0,7V (tensão direta máxima do diodo), um
valor suficientemente baixo para que sua junção não se danifique.
Pode-se adotar também uma ligação em série entre o diodo de proteção e o
LED.
Dica:
Lighting Designer Terry Terrell
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www.ledaqui.com.br
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FONTE: Wikipedia
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