Introdução ao LED
Um LED ou O diodo emissor de luz é um diodo de junção PN simples , feito de material com barreira de energia maior. Como a alimentação é fornecida à junção do LED, os elétrons se movem da banda de valência para a banda de condução. Quando o elétron perde energia e volta ao seu estado original, um fóton é emitido. Esta luz emitida está na faixa de frequência da faixa de frequência visível da luz.
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Este diodo simples emite luz quando sua junção p-n é influenciada por uma tensão tão baixa quanto 1 volt. A maioria dos LEDs funciona entre 1,5 volts a 2 volts, mas os tipos de alto brilho, especialmente os LEDs branco, azul e rosa, requerem 3 volts para fornecer brilho máximo. A corrente através do LED deve ser limitada a 20-30 mili amperes, caso contrário, o dispositivo será queimado. Os LEDs branco e azul podem tolerar até 40 mili amperes de corrente.
Diodo emissor de luz - LED
O LED possui um chip semicondutor feito de composto de Gálio que possui a propriedade de emissão de fótons por influência da corrente. O chip é conectado a dois terminais para fornecer tensão de alimentação. Todo o conjunto é encapsulado em uma caixa de epóxi com os terminais salientes. A ponta longa do LED é positiva, enquanto a ponta curta é negativa. Originalmente, o semicondutor usado no LED era o fosfato de arseneto de gálio (GaAsP), enquanto o aeresneto de gálio e alumínio (GaAlAs) é usado atualmente em LEDs de alto brilho. Os LEDs azuis e brancos usam nitreto de índio-gálio (InGaN) enquanto os LEDs multicolores usam diferentes combinações de materiais para produzir cores diferentes. O LED branco contém um chip azul com fósforo inorgânico branco. Quando a luz azul atinge o fósforo, a luz branca é emitida.
Os LEDs emitem luz com base na eletroluminescência. O material semicondutor no LED possui regiões do tipo P e tipo N. A região p carrega cargas positivas chamadas de Holes, enquanto a região N libera elétrons. O material emissor de fótons é ensanduichado entre as camadas P e N. Quando uma diferença de potencial é aplicada entre as camadas P e N, os elétrons da camada N se movem em direção ao material ativo e se combinam com os buracos. Isso libera energia na forma de luz do material ativo. Com base no tipo de material ativo, cores diferentes serão produzidas.
8 tipos de LEDs e o material usado neles
1. Arsenieto de gálio e alumínio - LED infravermelho
2. Alumínio Arseneto de Gálio, Fosfeto de Arseneto de Gálio, Fosfeto de Gálio - LED Vermelho
3. Fosfeto de Gálio de Alumínio, Nitreto de Gálio - LED Verde
4. Fosfeto de Gálio de Alumínio, Fosfeto de Arsenieto de Gálio, Fosfeto de Gálio - LED Amarelo
5. Fosfeto de alumínio, gálio e índio - LED laranja
6. Nitreto de índio-gálio, carboneto de silício, safira, seleneto de zinco - LED azul
7. Nitreto de Gálio à base de Nitreto de Índio Gálio - LED Branco
8. Nitreto de índio-gálio, nitreto de alumínio e gálio - LED ultravioleta
8 parâmetros LED
1. Fluxo luminoso - é a quantidade de energia do LED e é medido em lúmen (lm) ou mili lúmen (mlm)
2. Intensidade Luminosa - É o Fluxo Luminoso que cobre uma área e é medido em termos de Candela (cd). O brilho do LED depende da intensidade luminosa.
3. Eficácia Luminosa - Indica a luz em relação à tensão aplicada. Sua unidade é lúmen por watt (lm w).
4. Tensão direta (Vf) - É a queda de tensão no LED. Ele varia de 1,8 volts no LED vermelho a 2,2 volts nos LEDs verdes e amarelos. Nos LEDs azul e branco, é de 3,2 volts.
5. Corrente direta (If) - É a corrente máxima permitida através do LED. Ele varia de 10 mA a 20 mA em LEDs comuns, enquanto de 20 mA a 40 mA em LEDs brancos e azuis. Os LEDs de 1 watt de alto brilho requerem uma corrente de 100 - 350 mili amperes.
6. Ângulo de visão - também chamado de ângulo fora do eixo. É a queda da intensidade luminosa para o valor da metade do eixo. Isso resulta em brilho total na condição total. Os LEDs de alto brilho têm um ângulo de visão estreito para que a luz seja focada em um feixe.
7. Nível de energia - O nível de energia na saída de luz depende da voltagem aplicada e da carga nos elétrons do semicondutor. O nível de energia é E = qV onde q é a carga nos elétrons e V é a voltagem aplicada. q é normalmente -1,6 × 1019 Joule.
8. Potência do LED - É a tensão direta multiplicada pela corrente direta. Se o excesso de corrente estiver fluindo pelo LED, sua vida útil será reduzida. Portanto, um resistor em série, normalmente de 470 ohms a 1K, é usado para limitar a corrente através do LED.
O resistor LED pode ser selecionado usando a fórmula Vs - Vf / If. Onde Vs é a tensão de entrada, Vf é a tensão direta do LED e If é a corrente direta do LED.
Necessidade de fonte CA para acionar LED
Para aplicações que envolvem baixa energia, como em telefones celulares, é possível usar a fonte CC para um LED. No entanto, para aplicações de grande escala como semáforos usando LEDs, é realmente inconveniente usar DC. Isso ocorre porque à medida que a distância aumenta, a transmissão de energia DC contribui para mais perdas e também é bastante barato usar dispositivos para conversão DC-DC. Como resultado, é mais adequado usar fonte de CA para aplicações de ponta, como acender um grande número de LEDs.
Capacitor como um limitador de tensão AC
O capacitor tem a propriedade de se opor à mudança na tensão aplicada puxando ou fornecendo corrente do circuito, conforme eles carregam ou descarregam. A corrente através do capacitor é dada como
I = CdV / dt
Onde C é a capacitância, dV / dt denota mudança na tensão. I é a carga entre as placas por unidade de tempo ou a corrente.
A corrente através de um capacitor é uma reação contra a mudança de voltagem. Portanto, para uma alta tensão instantânea, a corrente é zero. Em outras palavras, a tensão está atrasada em relação à corrente em 90 graus. Esta propriedade do capacitor o torna utilizável como um redutor de tensão para fonte de alimentação CA. No entanto, isso depende do valor da capacitância e da frequência. Quanto maior a frequência e a capacitância, menor é a reatância.
Aplicação envolvendo o uso de rede CA para acionar LED
LED ou Diodos Emissores de Luz podem ser operados diretamente através da fonte de alimentação CA simplesmente usando a combinação de um capacitor e um resistor. A fonte principal de CA de 220 V é convertida em CA de baixa tensão usando um transformador. O capacitor é usado como um limitador de tensão, enquanto o resistor é o limitador de corrente. Os diodos com alto PIV (1000V) são usados para proteger os LEDs de alta tensão.
Normalmente, a queda de tensão em um led branco é de cerca de 1,5V. Os LEDs são conectados em duas combinações série-paralela. Se 12 LEDs são usados em cada combinação, a queda de tensão na combinação de LED é de cerca de 30V. O resistor atua como um limitador de corrente e fornece uma queda de tensão de aproximadamente 30V. Assim, com a combinação de um capacitor e o resistor, é possível acionar uma série de LEDs. O valor do resistor depende do número de LEDs usados. Como a classificação do LED é de 15mA, a corrente através de cada LED será de 15mA e a corrente total através dos dois conjuntos de combinação de LED será 30mA, causando uma queda de tensão de 30V no resistor de 1k.
Espero que você tenha uma ideia sobre o conceito de LED de rede elétrica. Se houver alguma dúvida sobre este tema ou sobre o conceito de projetos elétricos e eletrônicos, deixe a seção de comentários abaixo.
