Introducció al LED
Un LED o El díode emissor de llum és un senzill díode de connexió PN , fet de material amb una barrera energètica més gran. A mesura que el subministrament es dóna a la unió LED, els electrons es mouen de la banda de valència a la banda de conducció. Quan l’electró perd energia i torna al seu estat original, s’emet un fotó. Aquesta llum emesa es troba a la banda de freqüències del rang de freqüència visible de la llum.
LED
Aquest senzill díode emet llum quan la seva unió p-n està esbiaixada per una tensió tan baixa com 1 volt. La majoria dels LED funcionen entre 1,5 i 2 volts, però els tipus d’alta brillantor, especialment els LED blanc, blau i rosa, requereixen 3 volts per donar una brillantor màxima. El corrent a través del LED s'ha de limitar a 20-30 mil·límpers en cas contrari, el dispositiu es cremarà. Els LED blancs i blaus poden tolerar fins a 40 mil amperis de corrent.
Diode emissor de llum - LED
El LED té un xip semiconductor format per compost de gal·li que té la propietat d’emissió de fotons per influència del corrent. El xip està connectat a dos pals de terminal per proporcionar tensió d’alimentació. Tot el conjunt està encapsulat en una caixa epoxi amb els terminals sortint. El cable llarg del LED és positiu, mentre que el cable curt és negatiu. Originalment, el semiconductor utilitzat en el LED era fosfat d’arsenur de gal·li (GaAsP), mentre que l’eresnida de gal·li d’alumini (GaAlAs) s’utilitza ara uns dies en LEDs d’alta intensitat. Els LED blaus i blancs utilitzen nitrur de gal·li d’indi (InGaN), mentre que els LED multicolors utilitzen diferents combinacions de materials per produir diferents colors. El LED blanc conté un xip blau amb fòsfor inorgànic blanc. Quan la llum blava impacta contra el fòsfor, s’emetrà llum blanca.
Els LED emeten llum basada en l’electroluminescència. El material semiconductor del LED té regions tipus P i tipus N. La regió p comporta càrregues positives anomenades forats mentre que la regió N allibera electrons. El material emissor de fotons està intercalat entre les capes P i N. Quan s'aplica una diferència de potencial entre les capes P i N, els electrons de la capa N es mouen cap al material actiu i es combinen amb forats. Això allibera energia en forma de llum del material actiu. En funció del tipus de material actiu, es produiran diferents colors.
8 tipus de LEDs i el material utilitzat en ells
1. Arseniur de gal·li d'alumini: LED d'infrarojos
2. Arseniur de gal·li d'alumini, fosfur d'arsenur de gal, fosfuri de gal·li - LED vermell
3. Fosfor d’alumini de gal·li, nitrur de gal·li - LED verd
4. Fosfur d'alumini de gal, fosfur d'arsenur de gal, fosfur de gal, LED groc
5. Fosfor d’alumini de gal·li d’indi - LED de color taronja
6. Nitruri de gal·li d’indi, carbur de silici, safir, selenur de zinc - LED blau
7. Nitrur de gal·li d’indi basat en nitrur de gal. LED blanc
8. Nitruri de gal·li d’indi, nitrur de gal·li d’alumini: LED ultraviolat
8 paràmetres LED
1. Flux lluminós: és la quantitat d'energia del LED i es mesura en Lumen (lm) o Millen lumen (mlm)
2. Intensitat lluminosa: és el flux lluminós que cobreix una àrea i es mesura en termes de Candela (cd). La brillantor del LED depèn de la intensitat lluminosa.
3. Eficàcia lluminosa: indica la llum en relació amb la tensió aplicada. La seva unitat és lumen per watt (lm w).
4. Tensió directa (Vf): és la caiguda de tensió del LED. Va des d'1,8 volts en LED vermell fins a 2,2 volts en LED verd i groc. En els LED blaus i blancs, és de 3,2 volts.
5. Corrent cap endavant (Si): és el corrent màxim permès a través del LED. Va des de 10 mA fins a 20 mA en LED normals, mentre que de 20 mA a 40 mA en LEDs blancs i blaus. Els LED d’1 watt d’alta brillantor requereixen de 100 a 350 mil amperis de corrent.
6. Angle de visió: també s'anomena angle fora de l'eix. És la intensitat lluminosa caiguda fins al valor del mig eix. Això es tradueix en una lluminositat completa en condicions. Els LEDs de tipus altament brillant tenen un angle de visió estret, de manera que la llum es focalitzarà en un feix.
7. Nivell d’energia: el nivell d’energia de la sortida de llum depèn de la tensió aplicada i de la càrrega en els electrons del semiconductor. El nivell d’energia és E = qV on q és la càrrega dels electrons i V és la tensió aplicada. q sol ser -1,6 × 1019 Joule.
8. Potència del LED: és la tensió directa multiplicada pel corrent directe. Si circula un excés de corrent a través del LED, la seva vida es reduirà. Així doncs, s’utilitza una resistència de sèrie, normalment de 470 ohms a 1K, per limitar el corrent a través del LED.
La resistència LED es pot seleccionar mitjançant la fórmula Vs - Vf / If. On Vs és la tensió d'entrada, Vf és la tensió directa del LED i Si és el corrent directe del LED.
Necessitat de subministrament de corrent altern per conduir LED
Per a aplicacions amb poca potència, com ara en telèfons mòbils, és possible utilitzar un subministrament de corrent continu per a un LED. No obstant això, per a aplicacions a gran escala com els semàfors que utilitzen LEDs, en realitat és incòmode utilitzar DC. Això es deu al fet que a mesura que augmenta la distància, la transmissió de potència de CC contribueix a produir més pèrdues i, a més, resulta bastant econòmic utilitzar dispositius per a la conversió de CC-CC. Com a resultat, és més adequat utilitzar un subministrament de CA per a aplicacions de gamma alta, com ara la llum d'un gran nombre de LEDs.
Condensador com a limitador de tensió de corrent altern
El condensador té la propietat d’oposar-se al canvi de tensió aplicada mitjançant la captació o subministrament de corrent del circuit, ja que es carreguen o descarreguen. El corrent a través del condensador es dóna com a
I = CdV / dt
On C és la capacitat, dV / dt denota un canvi de voltatge. I és la càrrega entre les plaques per unitat de temps o el corrent.
El corrent a través d’un condensador és una reacció contra el canvi de tensió. Per tant, per a una tensió instantània elevada, el corrent és zero. En altres paraules, la tensió es retarda de 90 graus de corrent. Aquesta propietat del condensador el fa útil com a reductor de tensió per a la font d'alimentació de CA. Tanmateix, això depèn del valor de la capacitat i de la freqüència. Com més alta sigui la freqüència i la capacitat, menor és la reactància.
Aplicació que implica l’ús de xarxa elèctrica de CA per accionar LED
Els díodes LED o emissors de llum es poden accedir directament a través de la xarxa de corrent altern simplement mitjançant la combinació d’un condensador i una resistència. El subministrament principal de CA de 220 V es converteix en CA de baixa tensió mitjançant un transformador. El condensador s'utilitza com a limitador de tensió, on la resistència és el limitador de corrent. Els díodes amb PIV elevat (1000V) s’utilitzen per protegir els LEDs d’alta tensió.
Normalment, la caiguda de tensió d’un led blanc és d’uns 1,5V. Els LED es connecten en dues combinacions de sèrie-paral·lel. Si s’utilitzen 12 LEDs en cada combinació, la caiguda de tensió de la combinació de LED ronda els 30V. La resistència actua com a limitador de corrent i proporciona una caiguda de tensió d'aproximadament 30V. Així, amb la combinació d'un condensador i la resistència, és possible conduir una sèrie de LED. El valor de la resistència depèn del nombre de LEDs utilitzats. Com que la classificació del LED és de 15 mA, el corrent a través de cada LED serà de 15 mA i el corrent total dels dos conjunts de combinació de LED serà de 30 mA, provocant una caiguda de tensió de 30 V a la resistència de 1 k.
Espero que tingueu una idea sobre el concepte de LED de xarxa elèctrica si en voleu algun més sobre aquest tema o sobre el concepte de projectes elèctrics i electrònics, deixeu la secció de comentaris següent.
