Diodi LED
(20 254)Principio di funzionamento del diodo LED
I diodi sono elementi a semiconduttori, la cui struttura si basa sull'utilizzo di una giunzione p-n. Sono caratterizzati da una resistenza praticamente nulla quando sono polarizzati nella direzione di conduzione, a condizione che venga superato un piccolo valore di tensione, chiamato tensione di diffusione. Nel caso della polarizzazione della giunzione p-n in direzione inversa, questa presenta una resistenza quasi infinitamente grande, e un piccolo valore di corrente che è in grado di superare la giunzione polarizzata inversamente è chiamata corrente inversa. La proprietà descritta della giunzione p-n viene definita conduzione asimmetrica della corrente. Tra tutti i tipi di questi elementi, uno dei più comuni sono i diodi elettroluminescenti, noti anche come LED (dall'inglese Light-Emiting Diode).
Caratteristiche dei diodi LED
Il diodo LED (Light-emitting diode), elemento optoelettronico a semiconduttore luminescente, viene ampiamente utilizzato nell'elettronica. Questo elemento presenta nella sua struttura una giunzione "p-n", ossia una giunzione di due semiconduttori non intrinsechi, che differiscono tra di loro per il tipo di conduttività (p-catodo, n-anodo). Il diodo LED, dopo l'applicazione della corrente, a seguito del fenomeno dell'elettroluminescenza, emette luce nel campo visibile, infrarosso (IR) o ultravioletto (UV). Questo fenomeno è dovuto alla ricombinazione degli elettroni con le lacune, con un conseguente rilascio di energia in forma di fotoni (elettroluminescenza). Il colore della luce dipende dal materiale utilizzato per la produzione del semiconduttore. Tra i materiali utilizzati vi sono ad esempio l'arseniuro di gallio, il nitruro di gallio o il fosfuro arseniuro di gallio. Questo tipo di diodi sono caratterizzati da un'elevata efficienza, da una vita utile prolungata e da un elevato valore di luminanza. Molti di questi si distinguono anche per il basso consumo energetico, anche se ad esempio i diodi COB (Chip on Board) costituiscono un'eccezione in questo senso. Tra le applicazioni è possibile citare la segnalazione ad esempio della presenza di tensione o del funzionamento di dispositivi, l'illuminazione dedicata di negozi o di strade e molte altre applicazioni. Nella fase di scelta bisogna valutare i parametri principali dei diodi - efficienza luminosa, potenza e corrente massima. Il parametro chiave è la corrente nominale. Vale la pena inoltre di prendere in considerazione il colore del diodo e la modalità di montaggio.
Utilizzo dei diodi LEDI LED sono una sorgente luminosa sempre più comune, utilizzata ad es. per la segnalazione sotto forma di spie luminose, come singoli pixel in diversi tipi di display, ma anche come sorgenti luminose che sostituiscono le tradizionali lampadine a incandescenza o alogene, sostituendo persino l'illuminazione standard nell'industria automobilistica, compresi i cosiddetti fari allo xeno. Ciò è dovuto principalmente alla loro elevata durevolezza e al basso consumo energetico, ma anche all'elevata efficienza, alla bassa tensione di alimentazione, alle basse perdite di energia e alle dimensioni compatte a parità di un alto valore di luminanza.
Struttura dei diodi LED
I diodi elettroluminescenti, come suggerisce il nome stesso, sfruttano il fenomeno della luminescenza. A differenza delle normali lampadine a incandescenza, in cui il bagliore è provocato da un filamento riscaldato ad alta temperatura, nei LED l'energia della corrente elettrica viene direttamente convertita in luce, e in linea di principio in energia sotto forma di quanti dalla radiazione elettromagnetica. I LED possono emettere, oltre alla luce visibile di diversi colori, radiazioni infrarosse o ultraviolette. Diodi specifici emettono radiazioni elettromagnetiche con una gamma di lunghezze d'onda ristretta, ciò significa che si illuminano con un colore definito. Il colore del diodo dipende dal tipo di semiconduttore, e in particolare dal materiale del semiconduttore utilizzato per costruire la sua giunzione.
La luce bianca è la somma di tutti i colori visti dall'occhio umano, sommati insieme, pertanto la costruzione di un diodo che si illumina con una luce di tale colore richiede soluzioni speciali. Una di queste soluzioni prevede il posizionamento all'interno di un alloggiamento di tre LED, con colori rosso, verde e blu, con un'intensità di illuminazione correttamente selezionata di ciascuno di essi, e consente di ottenere un colore bianco. Lo svantaggio di questa soluzione è il prezzo elevato, mentre il vantaggio è che questo tipo di diodi presentano un'elevata efficienza luminosa. Un'altra soluzione utilizza diodi che emettono luce ultravioletta e un luminoforo che, stimolato da questo tipo di luce, brilla di bianco. Questa soluzione è più economica, tuttavia i diodi che utilizzano il fenomeno descritto hanno una minore efficienza. Il problema in questo caso è anche la completa eliminazione delle radiazioni UV dannose per la salute. L'ultimo metodo è quello di utilizzare un diodo blu e un luminoforo giallo. Il luminoforo è stimolato dalla radiazione LED ed emette luce di una lunghezza d'onda diversa (luce gialla). La proporzione di radiazioni provenienti dal LED e dal luminoforo determina il colore della luce percepito dall'uomo. In questo modo è possibile ottenere luce calda o fredda e dipende dall'utilizzo di un particolare tipo di luminoforo.
Scelta dei diodi LED
I diodi sono disponibili in molti alloggiamenti diversi e sono disponibili sia per il montaggio superficiale (SMD), che per il montaggio a foro passante (THT). Il primo di questi metodi è ampiamente utilizzato principalmente nell'elettronica di piccole dimensioni, ma non solo. Un esempio di ciò possono essere i diodi di segnalazione, montati sulle schede di sviluppo dei microcontrollori, diodi di notifica negli smartphone e le spie in vari elettrodomestici e persino in dispositivi industriali.
Collegamento dei diodi LED e tensione diretta e alimentazione
Quando si collega un LED al circuito, è necessario prestare attenzione a diversi aspetti. Uno dei più importanti è limitare la corrente che passerà attraverso il diodo, cosa fondamentale per non condurre al suo surriscaldamento e al danneggiamento. Ciò può essere fatto utilizzando un resistore collegato in serie, il cui valore di resistenza dovrebbe essere scelto a seconda della tensione di alimentazione e dell'intensità di corrente che passerà attraverso il diodo. Questo valore può essere calcolato sfruttando la legge di Ohm, secondo cui la corrente che passa attraverso un conduttore è proporzionale alla tensione tra le sue estremità e inversamente proporzionale alla resistenza del conduttore. Scrivendo ciò sotto forma di formula matematica, otterremo R = U/I, la tensione di alimentazione ridotta dalla caduta di tensione sul diodo, espressa in volt [V], e I - l'intensità di corrente espressa in ampere [A]. R, d'altra parte, è il valore desiderato della resistenza del resistore, espresso in ohm [Ω ]. Maggiore è il valore dell'intensità di corrente che passa attraverso il diodo, più intensamente questo si illuminerà. Questa relazione in una vasta gamma di corrente è lineare, tuttavia è necessario tenere presente il valore della corrente nominale del diodo, che non deve essere superato. Il superamento può causare danni permanenti ad esso a causa del calore eccessivo generato. Se l'utente intende utilizzare più diodi collegati in serie, vale la pena familiarizzare con l'argomento dell'alimentazione di tali sistemi utilizzando una sorgente di corrente con un valore di corrente costante, ad es. mediante un alimentatore appropriato. Ciò consente il passaggio della corrente dello stesso valore di intensità attraverso tutti i diodi, che non cambierà nemmeno in caso di cortocircuito sui di uno o più di essi. Questo tipo di soluzione viene utilizzato, ad es. nelle sempre più popolari strisce LED, che fungono da illuminazione o decorazione d'interni.
Potenza dei diodi LED
A seconda dell'applicazione e delle esigenze, è spesso necessario scegliere la potenza del diodo, la cui unità è espressa in watt [W ] e la sua luminosità, è espressa in lumen [lm] o in candele [cd]. I LED utilizzati, ad es. come indicatori non avranno bisogno di elevata potenza e luminosità, tuttavia questi LED più potenti per applicazioni di illuminazione, ad esempio in torce elettriche o come illuminazione d'ambiente, dovranno avere parametri molto più elevati.
Diodi LED elettroluminescenti
Naturalmente durante la scelta di un diodo elettroluminescente, vale anche la pena di prestare attenzione al suo alloggiamento, alle dimensioni o all'angolo di illuminazione, che può essere molto acuto, ad es. 10°, ma anche molto ampio, raggiungendo persino i 175°. A volte anche il colore della lente del diodo può essere importante. In questo caso sarà meglio prestare attenzione alla lunghezza dell'onda emessa.
Diodi LED nell'offerta della TME
L'ingrosso di componenti elettronici TME nella propria offerta dispone di diodi LED in una vasta gamma di tipi e parametri. I filtri del motore di ricerca consentono di scegliere il tipo di diodo LED, il colore della luce, la tensione di esercizio o la corrente massima di alimentazione (da 1 mA fino a 6000 mA). La TME offre anche singoli componenti, nonché sorgenti luminose già pronte in forma di nastri, listelli e moduli. Durante la scelta vale la pena di controllare la modalità di montaggio - THT o SMD.
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