LEDs
(20 258)O princípio de funcionamento do díodo LED
O díodo é um elemento semicondutor, cuja estrutura se baseia no uso da união p-n. Caracteriza-se por uma resistência praticamente nula quando está polarizado para a frente, sempre que se exceda um pequeno valor de tensão, a chamada tensão de difusão. No caso da polarização inversa da união p-n, apresenta uma resistência quase infinitamente grande, e a pequena quantidade de corrente que pode passar através da união polarizada inversa é denominada corrente inversa ou corrente de deriva. Esta propriedade da união p-n define-se como condução de corrente assimétrica. Entre todos os tipos de díodos existentes, um dos mais comuns são os díodos emissores de luz, também conhecidos como díodos LED (do inglês, Light-Emitting Diode).
Características dos díodos LED
O díodo LED (Light-Emitting Diode), enquanto elemento semicondutor optoeletrónico que emite luz, é amplamente utilizado em eletrónica. Este elemento contém na sua estrutura uma união “p-n”, que é uma união de dois semicondutores não autónomos com diferentes tipos de condutividade (p-cátodo, n-ânodo). O díodo LED, após o fornecimento de eletricidade, emite luz numa faixa visível, infravermelha (IV) ou ultravioleta (UV) como resultado da eletroluminescência. Este fenómeno baseia-se na recombinação de eletrões com lacunas de eletrões, o que resulta na libertação de energia em forma de fotões (eletroluminescência). A cor da luz depende do material utilizado para fabricar o semicondutor. Este pode ser, entre outros, arsenieto de gálio, fosforeto de gálio ou fosfoarsenieto de gálio. Este tipo de díodo caracteriza-se por uma alta eficiência, grande durabilidade e alto valor de luminância. Muitos deles também se distinguem por um baixo consumo de energia, embora, por exemplo, os díodos COB (Chip On Board) sejam uma exceção a este nível. As suas aplicações incluem a sinalização, por exemplo, a presença de energia ou o funcionamento do dispositivo, iluminação especial para lojas ou iluminação pública, entre muitas outras. Aquando da sua seleção, deve seguir os parâmetros principais dos LED: eficiência luminosa, potência ou corrente máxima. Um aspeto extremamente importante é a corrente nominal. Também vale a pena ponderar a cor do díodo ou o método de montagem.
Utilização dos díodos LED
Os díodos LED são uma fonte de luz cada vez mais comum que se utiliza, entre outros, para a sinalização, por exemplo, em forma de lâmpadas de controlo, como pixéis individuais em vários tipos de ecrãs, mas também como fontes de luz que substituem as lâmpadas tradicionais ou as lâmpadas de halogéneo, inclusive substituindo a iluminação padrão de automóveis, como os chamados xénon. Isto deve-se principalmente à sua grande durabilidade e baixo consumo de energia, mas também à sua alta eficiência, baixa tensão de alimentação, baixas perdas de energia e pequenas dimensões com alto valor de luminância.
Construção dos díodos LED
Os díodos emissores de luz, como o nome indica, baseiam-se no fenómeno da luminescência. Ao contrário das lâmpadas incandescentes normais, em que o brilho origina um filamento aquecido a alta temperatura, nos díodos LED a energia da corrente elétrica é convertida diretamente em luz e, na verdade, em energia em forma de radiação eletromagnética. Os díodos LED podem emitir, além da luz visível de várias cores, radiação infravermelha ou ultravioleta. Os LED específicos emitem radiação eletromagnética numa faixa de comprimento de onda estreita, o que significa que brilham com uma cor definida. A cor da luz do díodo depende do tipo de semicondutor e, mais especificamente, do material semicondutor que é utilizado para construir a sua união.
A luz branca é a soma de todas as cores que o olho humano consegue perceber, pelo que construir um díodo que brilhe com luz desta cor requer soluções especiais. Uma delas é a colocação de três LED vermelhos, verdes e azuis numa carcaça, que, com a intensidade luminosa certa de cada um deles, permite obter uma cor branca. A desvantagem desta solução é o preço alto, mas este tipo de LED tem a vantagem de apresentar uma alta eficiência luminosa. Outra solução utiliza díodos emissores de luz ultravioleta e um fósforo que, quando excitado por este tipo de luz, brilha com uma cor branca. Esta solução é mais barata, mas os díodos que utilizam o fenómeno descrito têm menor eficiência. O problema, neste caso, também é a eliminação completa da radiação ultravioleta prejudicial. O último método consiste em utilizar um díodo azul e um fósforo amarelo. O fósforo é excitado pela radiação LED e emite luz de diferente comprimento de onda (luz amarela). A proporção da radiação do LED e do fósforo determina a cor da luz que o olho humano percebe. Desta forma, é possível obter uma luz quente ou fria, consoante o tipo específico de fósforo utilizado.
Escolha do díodo LED certo
Os díodos existem em muitas carcaças diferentes e estão disponíveis para montagem em superfície (SMD) e orifício de passagem (THT). O primeiro método é amplamente utilizado principalmente em eletrónica de pequenas dimensões, mas não só. Os exemplos incluem díodos de controlo montados em placas de desenvolvimento de microcontroladores, díodos de notificação em smartphones e controlos, quer em vários eletrodomésticos, quer até mesmo em dispositivos industriais.
Ligação de díodos LED, tensão direta e fonte de alimentação
Há vários aspetos a que se deve prestar atenção ao conectar os LED ao sistema. Um dos mais importantes é limitar a corrente que fluirá através do díodo, que é crucial para não o sobreaquecer e queimar. Isso pode ser feito com uma resistência conectada em série, cujo valor de resistência deve ser selecionado em função da tensão de alimentação e da corrente que deve fluir através do díodo. Conseguimos fazer esse cálculo usando a lei de Ohm, segundo a qual a corrente que flui através de um condutor é proporcional à tensão entre as suas extremidades e inversamente proporcional à resistência deste condutor. Em forma de fórmula matemática, obtemos R=U/I, a tensão de alimentação menos a queda de tensão no díodo, expressa em volts [V], e I - a corrente selecionada, expressa em amperes [A]. O R é, por outro lado, o valor de resistência pretendido, expressa em ohms [Ω]. Quanto maior for o valor da corrente que flui através do díodo, mais intenso será o brilho. Esta dependência é linear em grande medida, mas deve ter-se em conta o valor da corrente nominal do díodo, que não deve ser excedido. Isso poderia danificá-lo permanentemente, ao gerar demasiado calor sobre ele. Se o utilizador tiver a intenção de utilizar uma maior quantidade de díodos conectados em série, vale a pena familiarizar-se com a possibilidade de alimentar tais sistemas com uma fonte de corrente constante, por exemplo, em forma de uma fonte de alimentação adequada. Isso permite que em todos os díodos flua corrente da mesma intensidade, que não se alterará nem mesmo em caso de curto-circuito num ou em vários díodos. Este tipo de solução é utilizado, entre outros, nas cada vez mais populares fitas de LED, para iluminação ou decoração de interiores.
Potência dos díodos LED
Dependendo da aplicação e das expectativas, também deve selecionar a potência do díodo, cuja unidade é o watt [W], e o seu brilho, expresso em lúmens [lm] ou candelas [cd]. Os díodos que servem, por exemplo, como controlos não precisarão de alta potência e brilho, mas os LED mais potentes para aplicações de iluminação, por exemplo, em lanternas ou como iluminação de divisões da casa, deverão ter valores maiores para estes parâmetros.
Díodos emissores de luz LED
Naturalmente, ao escolher um díodo emissor de luz, também deve ter em consideração a carcaça e as dimensões ou ângulo de iluminação – que pode ser muito estreito (por exemplo, 10°), mas também muito largo (até 175°). Por vezes, a cor da lente LED também pode ser importante. Neste caso, o melhor é prestar atenção ao comprimento de onda emitido.
Díodos LED na oferta da TME
O armazém de eletrónica da TME oferece uma vasta gama de tipos e parâmetros de LED. Nos filtros de pesquisa, pode escolher o tipo de LED, a cor da luz, a tensão de funcionamento ou a corrente de alimentação máxima (de 1 mA a 6.000 mA). A TME oferece tanto elementos individuais como fontes de luz prontas a usar em forma de fitas, faixas e módulos. Ao escolher, também deve verificar a variante de montagem: THT ou SMD.
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