Diodele luminescente sunt aproape peste tot. Acestea se pot gasi in masini, biciclete, in luminatul stradal, la birou, in telefoanele mobile, televizoare si multe altele.
Motivul pentru o astfel de gama larga de aplicabilitate a LED-urilor este avantajul fata de becurile traditionale cu incandescenta si lampile fluorescente compacte recente (CFL). Cateva avantaje ale LED-urilor asupra surselor de lumina incandescenta si CFL sunt mentionate mai jos:
- Consum mic de putere
- Dimensiune mica
- Durata de viata mare
Ce este LED-ul?
De unde provine denumirea de LED?
Denumirea de LED provine din limba engleza – „Light Emitting Diode” – insemnand dioda luminescenta. Aceasta este practic o dioda semiconductoare de jonctiune p-n special dopata. Se numeste astfel deoarece la polarizarea directa aceasta emite lumina.
Dar spre deosebire de becurile incandescente obisnuite, ele nu au un filament care sa arda, si nu se incalzesc prea tare. Acestea sunt iluminate numai de miscarea electronilor intr-un material semiconductor. Durata de viata a unui LED depaseste durata de viata a unui bec incandescent cu mii de ore.
Structura unui LED
Lumina emisa de un LED este de obicei monocromatica, adica de o singura culoare, iar culoarea luminii emise depinde de compozitia si de starea materialului. Diodele luminescente pot fi fabricate pentru a emite pe toate lungimile de unda ale spectrului vizibil, adica de la rosu (620nm la 750nm) pana la albastru-violet (380nm la 490nm).
Culoarea radiatiei luminoase
Culoarea radiatiei luminoase depinde de aliajul utilizat la realizarea structurii semiconductoare. Astfel, pentru fiecare culoare emisa, avem urmatoarele aliaje:
- rosu, infrarosu – AlGaAs (Aluminiu-Galiu-Arsen)
- verde – AlGaP (Aluminiu-Galiu-Fosfor)
- rosu-orange, orange, galben, verde – AlGaInP (Aluminiu-Galiu-Indiu-Fosfor)
- rosu, rosu-orange, orange, galben – GaAsP (Galiu-Arsen-Fosfor)
- rosu, galben, verde – GaP (Gali-Fosfor)
- verde, verde-smarald, albastru – GaN (nitrura de galiu)
- ultraviolet apropiat, albastru-verzui, albastru – InGaN (nitrura indiu-galiu)
- albastru – ZnSe (zinc-seleniu)
- ultraviolet – Diamant (C) (Carbon)
- de la ultraviolet apropiat pana la ultraviolet indepartat – AlN, AlGaN (nitruri Al, Ga)
Simbolul electric al unui LED este similar cu cel al unei diode semiconductoare normale si este prezentat mai jos:
Cum functioneaza LED-urile?
Cand un semiconductor de tip n este pus in contact cu unul de tip p, se formeaza o jonctiune p-n. La frontiera jonctiunii, electronii se deplaseaza din partea n in partea p si se recombina cu golurile, in acelasi timp, golurile din partea p se deplaseaza in partea n si se recombina cu electronii. In consecinta se formeaza o regiune slab dopata de purtatori, in care nu exista nici electroni liberi, nici goluri libere. Ionii pozitivi din partea n si cei negativi din partea p a acestei regiuni, raman necompensati ceea ce determina aparitia unui camp electric intern numit potential de contact, descris cantitativ prin – Depletion voltage (tensiunea de epuizare) – VD.
Lucrul cel mai important de retinut este ca: recombinarea electron-gol elibereaza o cuanta de energie – un foton. Prin urmare, pentru a face un semiconductor sa radieze este necesar sa sustinem recombinarea electron-gol.
Prin urmare trebuie furnizata energie din exterior pentru a invinge aceasta bariera a tensiunii de epuizare. Aceasta tensiune exterioara, numita tensiune directa de polarizare, V, este aratata in figura de mai jos; ea trebuie sa fie mai mare decat VD.
Pentru a obtine o emisie permanenta de lumina, trebuie sa aiba loc urmatorul proces dinamic: electronii mobili din partea n, atrasi de terminalul pozitiv al tensiunii V, intra in regiunea slab dopata. Simultan, golurile mobile din regiunea p, atrase de terminalul negativ al tensiunii V, intra in aceeasi regiune slab dopata. Recombinarea electron-gol din interiorul regiunii slab dopate produce lumina.
Caracteristicile unui LED
Inainte de a conecta un LED la un circuit si de a incepe sa fie utilizat, exista cateva caracteristici ale LED-urilor care merita sa fie cunoscute (de fapt, ele sunt foarte importante). Cele mai importante sunt enumerate mai jos:
1. Polaritatea unui LED
Intr-un LED, terminalul pozitiv este numit anod si terminalul negativ este numit catod. Pentru ca LED-ul sa functioneze corect, anodul LED-ului ar trebui sa aiba un potential mai mare decat catodul, deoarece curentul prin LED „curge” de la anod la catod.
Ce se intampla daca conectam LED-ul in directia inversa? Ei bine, nimic nu se va intampla deoarece LED-ul nu ar conduce. Puteti identifica cu usurinta terminalul anod al unui LED, dat fiind faptul ca acesta are conductorul mai lung, dupa cum se poate observa si in imaginea de mai sus.
Legarea corecta a unui LED in circuit
2. Curentul maxim suportat de LED-uri
LED-urile sunt dispozitive electronice sensibile, iar cantitatea de curent care trece printr-un LED este foarte importanta. De asemenea, luminozitatea unui LED depinde de cantitatea de curent care trece prin LED.
Fiecare LED este evaluat cu un curent maxim, care asigura functionarea acetuia la limita. Depasirea acestuia va arde LED-ul. De exemplu, cele mai frecvent utilizate LED-uri de 5 mm au o valoare de curent de la 20mA la 30mA, iar LED-urile de 8 mm in jur de 150mA (consultati fisa tehnica pentru valori exacte).
Cum am putea sa reglam curentul care trece prin LED? Pentru a controla curentul care trece printr-un LED, utilizam rezistoarele de serie.
3. Tensiunea de deschidere a LED-urilor (VF)
Diodele luminescente, de asemenea, sunt evaluate si un functie de tensiunea minima sau maxima de functionare. De exemplu, toate LED-urile de 5 mm au o valoare de curent de 20 mA, dar tensiunea de deschidere variaza de la un LED la altul.
Tensiunea de deschidere (VF) – reprezinta tensiunea ce trebuie aplicata la bornele LED-ului pentru ca acesta sa emita radiatii luminoase. Valoarea acestei tensiuni variaza intre 1,2 V si 3,2 V, in functie de culoarea luminii emise:
LED rosu – VF = 1.2 – 1.6V
LED verde, galben – VF = 2 – 2.4V
LED albastru – VF = 2.8 – 3.2V
Tensiunea inversa a LED-urilor (VR)
Tensiunea inversa (VR) – reprezinta tensiunea maxima inversa care o poate suporta LED-ul fara a se distruge (tipic 3V – 10V).
Legarea unui LED in circuit
Urmatoarea imagine prezinta un circuit simplu care consta dintr-un LED alb de 5 mm legat in serie cu o rezitenta pentru protejarea acestuia si cu o sursa de alimentare de 5V.
Deoarece este un LED alb, valorile curentului si ale tensiunii sunt dupa cum urmeaza: curentul maxim suportat este de 20mA, iar tensiunea de deschidere de 2V. Asadar, pentru a regla curentul si tensiunea, am folosit un rezistor de 180R pentru a disipa 1/4 din putere.
Tipuri de LED-uri
1. LED-uri Through-hole
Acestea sunt disponibile in diferite forme si dimensiuni, cele mai frecvente fiind LED-urile de 3 mm, 5 mm si 8 mm. Aceste LED-uri sunt disponibile si in culori diferite precum rosu, albastru, galben, verde, alb etc.
2. LED-uri SMD
LED-urile SMD sunt componente electronice speciale care pot fi usor montate pe suprafata unui PCB. LED-urile SMD sunt de obicei diferentiate pe baza dimensiunilor lor fizice. De exemplu, cele mai comune LED-uri SMD sunt 2835 si 5050.
3. LED-uri bicolore
LED-urile bicolore, dupa cum sugereaza si numele, pot emite doua culori. Aceste tipuri de LED-uri au trei terminale, de obicei doi anozi si un catod comun.
4. LED-uri RGB (Red-Green-Blue)
LED-urile RGB sunt cele mai preferate si cele mai populare printre pasionatii si designerii din lumea electronicii. Acesta contine trei LED-uri pe un singur cip ce pot fi cu usurinta controlate in PWM pentru a produce o gama larga de culori. Aceste tipuri de LED-uri au patru terminale, de obicei trei anozi si un catod comun sau invers.
5. LED-uri de inalta putere
Un LED cu o putere mai mare sau egala cu 1W este de inalta putere. Acest lucru se datoreaza faptului ca LED-urile normale au o disipare a puterii de cativa milwati. LED-urile de inalta putere sunt foarte luminoase si sunt adesea folosite in lanterne, faruri de automobile, spotlight etc. Deoarece disiparea de putere a LED-urilor de inalta putere este ridicata, este necesara o racire corespunzatoare cu radiatoare.
Bibliografie / surse:
Cel mai mare dezavantaj este că au un vârf la lumina albastra, daca ai analiza lumina de la led ai vedea că în spectrul albastru are un vârf, care este dăunător naturii și ochilor.
The lifetime only exceeds incandescent bulbs if the LED is installed in a circuit with both current and voltage limiting. An incandescent only needs voltage limiting to work correctly. And, did you know that an LED also works as a solar cell? The light collecting area is tiny so it is impractical as a power source but an LED plus a digital voltmeter or oscilloscope makes a usable light sensing system.
The LED was reinvented in 1995 to make it more practical with a much lower current draw. Early LEDs were easy to add to equipment, with simple math. The need to limit current with a resistor is necessary. There is a paper back book by Forest Mimms that is very easy to understand if you wish to breadboard circuits and learn more.