Os LEDs, diodos emissores de luz ou Light Emiting Diodes são dispositivos semicondutores capazes de produzir luz de determinada cor (frequência) quando percorridos por uma corrente.
Funcionamento: a junção entre determinados materiais semicondutores com o arseneto de gálio (GaAs) quando percorrida por correntes elétricas pode produzir luz em considerável intensidade de frequências correspondentes tanto ao espectro visível quanto na sua região infravermelha.
O comprimento de onda da luz emitida por uma junção PN depende de diferença de energia existente entre a banda de condução do material e sua valência. Este comprimento de onda pode ser calculado pela seguinte fórmula:
FÓRMULA
Onde: ? é o comprimento de onda (m)
h é a constante de Planck ( )
c é a velocidade da luz (300 000 000 m/s)
E é a energia em joules que separa a valência e a banda de condução.
O fato de um diodo semicondutor comum emitir luz na faixa infravermelha por uma junção já é conhecido há muito tempo, e foi somente com o desenvolvimento de novas técnicas que foi possível a adição de impurezas nos materiais semicondutores que alterando a mobilidade dos elétrons veio resulta em diodos capazes de emitir de maneira mais eficiente luz, inclusive na parte visível do espectro.
Na figura 1 temos o aspecto de diodos emissores de luz comuns (LED) assim como o espectro de radiação para alguns tipos de materiais, usados nas junções.
Os LEDs por suas características elétricas podem ser usados em muitas aplicações práticas, não só em substituição às lâmpadas incandescentes comuns como fontes de luz, como em outras em que aqueles dispositivos não podem ser usados.
De fato, além de ter tamanho reduzido em relação às lâmpadas comuns e durabilidade do LED, assim como sua eficiência na produção de luz é maior, acrescentando-se a possibilidade dos mesmos produzirem radiação monocromática (de uma cor só) e serem modulados por frequências que alcançam muitos megahertz.
Na figura 2 temos a construção de um LED comum.
Os LEDs comuns podem ser usados como fontes de luz de pequena potência em diversas aplicações, sendo a principal a ser citada como indicador de funcionamento, colocado em painéis de diversos equipamentos.
No entanto, LEDs de alta potência já começam a estar disponíveis a preços acessíveis, substituindo até mesmo lâmpadas comuns na iluminação até mesmo de pequenos ambientes, em lanternas, sinalização, etc.
A figura 3 mostra um LED "jumbo" de alta potência que emite luz branca e pode ser usado como uma lâmpada comum em uma lanterna, painel ou mesmo teto.
Também é possível montar diversas pastilhas de LEDs num mesmo invólucro de modo que sua luz combinada possa resultar em qualquer cor de emissão, inclusive o branco.
Na ligação de um LED com qualquer finalidade alguns cuidados devem ser observados, já que seu funcionamento é um pouco diferente daquele das lâmpadas comuns.
Os LEDs, como sugere seu símbolo (figura 4) são na realidade diodos, e como tais se comportam, o que significa que devem ser alimentados por correntes contínuas.
A inversão de polaridade de um LED, se superar a tensão de alimentação, pode causar sua queima. Por outro lado, quando em funcionamento normal os LEDs apresentam uma resistência no sentido direto muito baixa o que significa que devem ser usados com limitadores de corrente para que o excesso de corrente não os queime.
Assim, na utilização de um LED temos inicialmente que tomar duas precauções:
a) alimentá-lo com correntes contínuas, usando para esta finalidade um diodo se a fonte não a fornecer (figura 5).
b) Limitar a corrente a um valor que permita obter a intensidade de luz desejada sem superar a capacidade do LED. Para esta finalidade deve ser ligado em série com o LED um resistor de valor apropriado.
Os LEDs comuns exigem uma tensão mínima de operação, ou seja, existe uma tensão mínima no sentido direto que deve ser aplicada para que o componente comece a conduzir e portanto produza luz. Esta tensão é da ordem de 1,6 V para os LEDs vermelhos, subindo para os amarelos e verde e indo até 2,7 V para os azuis.
Na figura 6 temos um circuito para a operação do LED em fontes de corrente contínua, com a fórmula para o cálculo do resistor limitador. Nessa fórmula, Vf é a tensão no LED (1,6 V para os vermelhos, 1,8 V para amarelos e 2,1 V para os verdes); If é a corrente que se deseja nesse componente situando-se tipicamente entre 10 e 50 mA.
Na figura 7 temos um circuito para corrente alternada com o diodo retificador em paralelo. Os valores são os mesmos do caso anterior.
Temas Abordados
* Diodos emissores de luz
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