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- Introdução
Os semicondutores têm revolucionado a electrónica mais do que qualquer outra tecnologia. Não existe praticamente nenhum circuito, sistema ou equipamento electrónico moderno que não utilize semicondutores de uma ou outra forma. Este presente trabalho explica em linhas gerais a teoria básica dos díodos emissores de luz e examina os principais tipos disponíveis actualmente. Para cada um analisam-se seu funcionamento, sua tecnologia, sua simbologia, suas variantes ou tipos, suas formas de identificação, suas aplicações gerais, suas características e seu comportamento como elementos de circuito. [1]
1.1. Objectivos 1.1.1. Objectivo Geral
- Falar do Díodo Emissor de Luz ou LED. 1.1.2. Objectivos Específicos São os objectivos específicos do presente trabalho os seguintes:
- Definir o Díodo Emissor de Luz;
- Entender o princípio de funcionamento do LED na polarização directa.
- (^) Caracterizar o LED;
- Explicar os tipos de LED;
- Descrever as suas aplicações;
- Descrever as suas vantagens e desvantagens.
1.2. Metodologia do Trabalho Para a realização do presente trabalho tivemos como base às consultas bibliográficas, artigos e páginas Web.
- Conceitos Fundamentais
2.1. Banda de Energia
Nos matérias semicondutores a temperatura de zero Kelvin (0 absoluto), todos electrões encontram se na banda de valência.
Neste estado o semicondutor tem características de um isolante eléctrico. A medida que a sua temperatura aumenta, os electrões absorvem energia passando para a banda de condução.
Esta quantidade de energia necessária para que o electrão efectue essa transição é chamada de gap de energia ou banda proibida. A medida que a temperatura do semicondutor aumenta, o número de electrões que passam para abanda de condução também aumenta, passando o semicondutor a conduzir mais electricidade, caso seja exposto a uma diferença de potencial. [1]
2.2. Díodo semicondutor
O díodo semicondutor é um componente que pode comportar-se como condutor ou isolante eléctrico, dependendo da forma como a tensão é aplicada aos seus terminais. Essa característica permite que o díodo semicondutor possa ser utilizado em diversas aplicações, como, por exemplo, na transformação de corrente alternada em corrente contínua. [1], [2]
2.1. Formação do Díodo na Junção PN
Um díodo semicondutor é formado a partir da junção entre um semicondutor tipo p e um semicondutor tipo n. Logo após a formação da junção pn , alguns electrões livres se difundem do semicondutor tipo n para o semicondutor tipo p. O mesmo processo ocorre com algumas lacunas existentes no semicondutor tipo p que difundem para o semicondutor tipo n. [1], [2]
- (^) Fundamentos teóricos sobre o Díodo Emissor de Luz
2.3. Definição Díodo Emissor de Luz
O Díodo Emissor de Luz é um componente do tipo bipolar, ou seja, tem um terminal chamado ânodo e outro, chamado cátodo. Dependendo de como for polarizado, permite ou não a passagem de corrente eléctrica e, consequentemente, a geração ou não de luz. [1], [2]
- Constituição Díodo Emissor de Luz
Um led é constituído por uma junção PN de material semicondutor e por dois terminais, o Ânodo (A) e o Cátodo (K). A cor da luz emitida pelo led depende do material semicondutor que o constitui. [1], [2]
interdita ou proibida. Como não podem permanecer nessa zona voltam à banda de valência tendo para esse efeito de perder energia, o que fazem emitindo luz (fotões).
O gráfico abaixo mostra a tensão eléctrica em função da corrente eléctrica de um díodo emissor de luz. [4]
Figura 3: Banda de Energia
Fonte : [4]
2.6. Curva característica do Díodo Emissor de Luz (I-U)
A curva mostra a corrente directa em função da tensão directa. Observa-se nesta curva que enquanto não se atinge um determinado valor da tensão directa não se inicia a circulação de corrente, e que, ultrapassando o cotovelo da curva a corrente directa aumenta rapidamente de valor ao aumentar ligeiramente a tensão directa. Ao aumentar a corrente directa a intensidade luminosa do led também aumenta. [4]
Figura 4: Curva característica do Díodo Emissor de Luz (I-U)
Fonte: [2]
- O gráfico acima mostra o funcionamento do díodo emissor de luz com a ajuda da curva característica, em que polarizado directamente ele converte a energia eléctrica em luminosa, de acordo com o gráfico da tensão em função da corrente dá-nos a informação de que o LED começa a conduzir com a corrente de 0,6 mA, em que isso acontece quando variamos a fonte de tensão para que possamos achar os tais valores.
- No momento em que variamos aumentamos a tensão aplicada nos terminais do diodo, a resistência interna do mesmo diminui, assim o LED começa a conduzir. [4]
2.7. Polarização de um Díodo Emissor de Luz
Na figura O led está directamente polarizado, e emite luz, quando o ânodo está positivo em relação ao cátodo.
Figura 5 : esquema da polarização directa do díodo emissor de luz
É um valor de corrente de condução indicado pelo fabricante com o qual o LED apresenta um rendimento luminoso óptimo (normalmente 20 mA).[1]
2.3. Tensão directa nominal (VF) Especificação que define a queda da tensão típica do díodo no sentido de condução. A queda da tensão nominal (VF) ocorre no componente quando a corrente directa tem valor nominal (IF). Para valores de corrente directa diferentes do valor nominal (IF), a tensão directa de condução sofre pequenas modificações de valor. [1], [2]
2.4. Tensão inversa máxima (VR) Especificação que determina o valor de tensão máxima que o LED suporta no sentido inverso sem sofrer ruptura. A tensão inversa máxima do LED é pequena (da ordem de 5 V) uma vez que estes componentes não têm por finalidade a rectificação. [1], [2]
2.5. Calculo do comprimento de onda do Díodo Emissor de Luz
A energia dos fotões emitidos por electroluminescência é dada por, sendo a frequência da radiação emitida e a constante Plank. Esta energia e proporcional a tensão de corte do díodo, isto , em que c é a carga elementar. Desta forma, pode-se relacionar o comprimento de onda da luz emitida por um LED com sua tensão de corte através da relação. [1], [2]
2.6. Calculo da resistencia electrica do Díodo Emissor de Luz
A aplicação do LED em tensões contínuas exige a fixação da sua corrente directa nominal (IF). A limitação da corrente pode ser feita através de um resistor.
A figura apresenta um circuito que utiliza o LED como indicador de fornecimento. [1], [2]
Figura 7 : Circuito do funcionamento do LED
Fonte : [Autores] O valor do resistor limitador é dado pela expressão:
A corrente directa (IF) deverá estar compreendida entre 10 e 100 mA.
VF – Tensão máxima de polarização directa.
VR – Tensão máxima de polarização inversa.
Tabela 1 : Características técnicas dos díodos emissores de luz
Cor Material^ V^ F (V)^ λ^ (nm) Led vermelho Fosfoarsenieto de gálio V (^) F = 1,6 V
V (^) R = 3 V
Led verde Fosforeto de gálio V (^) F = 2,4 V 565 Led amarelo Fosforeto de gálio V (^) R = 3 V 585
Led infra vermelho Arsenieto de gálio V (^) F = 1,35 V
V (^) R = 4 V Fonte : [Autores] 2.9. Tipos de Díodos Emissores de Luz Há leds de 3, 5, 8 e 10mm de diâmetro, cilíndricos, rectangulares, triangulares, etc. No mercado existem leds: [2]
Existem LED’s que permitem luz infravermelha. Esses LED’s funcionam como os outros, porém não se pode observar visualmente se estão ligados ou não. [1], [2]
2.10. Algumas Aplicações do Díodo Emissor de Luz
Muitos dos nossos dispositivos tecnológicos modernos usam o Díodo Emissor de Luz como: ♦ (^) Indicadores de presença de sinal; ♦ Indicador alfanumérico; ♦ Indicador de sete (7) sinais; [2]
2.11. Algumas vantagens do Díodo Emissor de Luz
♦ Maior vida útil; ♦ Resistência a impactos e vibrações; ♦ Baixa voltagem de operação. [2]
2.12. Algumas desvantagens do Díodo Emissor de Luz
♦ Dependência de componentes importados; ♦ Difícil acesso. [2]
2.13. Exercício
- Calcular o valor da resistência limitadora (R1) sabendo-se que a tensão que vai ser aplicada ao circuito (VCC ) é de 6Volt, e pretende-se que a tensão directa aplicada ao led seja de 2 Volt para uma corrente directa de 10 mA.
I. Dados
Ucc= 6V
VF=2V
IF= 10mA
II. Pedido
R 1 =?
III. Formula
IV. Resolução/substituição
= V. Resposta
Resposta : o valor da Resistência limitadora e de 400
- Conclusão
Os Diodos Emissores de Luz estão presentes numa infinidade de aplicações e suas características eléctricas exigem cuidados especiais quando o alimentamos. Usados correctamente os LEDs apresentam grande rendimento e uma vida útil extremamente longa.
Artigos e Página da Internet
[2] http://www.iar.unicamp.br/lab/luz/dicasemial/led/dica36.htm, acessado 24/07/2017.
[3] Díodo emissor de luz disponível em: https://pt.m.wikipedia.org/wiki/diodo_emissor_de_luz, acessado 24/07/2017.
[4] LED – díodo Emissor de Luz disponível em: https://www.infoescola.com/eletronica/led- emissor-de-luz/amp/, acessado 24/07/2017.
