LEDs e suas aplicações. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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LEDs, ou diodos emissores de luz (LEDs, na versão em inglês LED - diodo emissor de luz) - um dispositivo semicondutor que emite luz incoerente quando uma corrente elétrica passa por ele. O trabalho baseia-se no fenômeno físico do aparecimento da radiação luminosa quando uma corrente elétrica passa por uma junção pn. A cor do brilho (o comprimento de onda máximo do espectro de emissão) é determinada pelo tipo de materiais semicondutores utilizados que formam a junção pn.

Valor

1. Os LEDs não possuem lâmpadas e filamentos de vidro, o que garante alta resistência mecânica e confiabilidade (resistência a choques e vibrações)
2. A ausência de aquecimento e altas tensões garante um alto nível de segurança elétrica e contra incêndio
3. Inertialess torna os LEDs indispensáveis ​​quando é necessária alta velocidade
4. Miniatura
5. Longa vida útil (durabilidade)
6. Alta eficiência,
7. Tensões de alimentação e consumo de corrente relativamente baixos, baixo consumo de energia
8. Um grande número de cores diferentes do brilho, a diretividade da radiação
9. Intensidade ajustável

Contras:

1. custo relativamente alto. A relação dinheiro/lúmen para uma lâmpada incandescente convencional em comparação com LEDs é de aproximadamente 100 vezes
2. pequeno fluxo luminoso de um elemento
3. degradação dos parâmetros do LED ao longo do tempo
4. requisitos aumentados para a fonte de energia

Aparência e parâmetros principais

Os LEDs têm vários parâmetros básicos.

1. Tipo de caso
2. Corrente típica (de trabalho)
3. Queda de tensão (de trabalho)
4. Cor de luminescência (comprimento de onda, nm)
5. Ângulo de feixe

Basicamente, o tipo de invólucro refere-se ao diâmetro e à cor da lâmpada (lente). Como você sabe, um LED é um dispositivo semicondutor que deve ser alimentado com corrente. Portanto, a corrente que deve ser usada para alimentar um determinado LED é chamada de típica. Ao mesmo tempo, uma certa tensão cai no LED. A cor da radiação é determinada tanto pelos materiais semicondutores utilizados como pelas impurezas dopantes. Os elementos mais importantes utilizados nos LEDs são: Alumínio (Al), Gálio (Ga), Índio (In), Fósforo (P), causando um brilho que varia do vermelho ao amarelo. Índio (In), Gálio (Ga), Nitrogênio (N) são usados ​​para produzir luminescência azul e verde. Além disso, se um fósforo for adicionado ao cristal que causa o brilho azul (azul), obteremos um LED branco. O ângulo de radiação também é determinado pelas características de fabricação dos materiais, bem como da lâmpada (lente) do LED.

Atualmente, os LEDs têm encontrado aplicação em uma ampla variedade de áreas: luzes de LED, iluminação automotiva, placas publicitárias, painéis e indicadores de LED, sinalizadores e semáforos, etc.

Esquema de comutação e cálculo dos parâmetros necessários:

Como o LED é um dispositivo semicondutor, a polaridade deve ser observada quando conectado ao circuito. O LED tem duas saídas, uma das quais é o cátodo ("menos") e a outra é o ânodo ("mais").

O LED estará aceso apenas quando conectado diretamente, como mostrado na figura

Quando ligado novamente, o LED não acenderá. Além disso, a falha do LED é possível em valores baixos permitidos da tensão reversa.

As dependências de corrente versus tensão para comutação direta (curva azul) e reversa (curva vermelha) são mostradas na figura a seguir. Não é difícil determinar que cada valor de tensão corresponde ao seu próprio valor de corrente que flui através do diodo. Quanto maior a tensão, maior o valor da corrente (e maior o brilho). Para cada LED existem valores permitidos de tensão de alimentação Umax e Umaxrev (para comutação direta e reversa, respectivamente). Quando tensões acima desses valores são aplicadas, ocorre uma falha elétrica, resultando na falha do LED. Há também um valor mínimo da tensão de alimentação Umin no qual o LED brilha. A faixa de tensões de alimentação entre Umin e Umax é chamada de zona de “trabalho”, pois é aqui que o LED opera.

\

1. Existe um LED, como conectá-lo corretamente no caso mais simples?

Para conectar corretamente o LED no caso mais simples, você precisa conectá-lo por meio de um resistor limitador de corrente.

Exemplo 1

Existe um LED com tensão operacional de 3 volts e corrente operacional de 20 mA. Deve ser conectado a uma fonte de 5 volts.

Calcule a resistência do resistor limitador de corrente

R = Extinção / ILED
Uquenching = Upower - ULED
Alimentação normal = 5 V
ULED = 3V
ILED = 20mA = 0.02A
R \u5d (3-0.02) / 100 \u0.1d XNUMX Ohm \uXNUMXd XNUMX kOhm

Ou seja, você precisa pegar um resistor com resistência de 100 ohms

2. Como conectar vários LEDs?

Conectamos vários LEDs em série ou em paralelo, calculando a resistência necessária.

Exemplo 1.

Existem LEDs com tensão operacional de 3 volts e corrente operacional de 20 mA. É necessário conectar 3 LEDs a uma fonte de 15 volts.

Fazemos o cálculo: 3 LEDs em 3 volts = 9 volts, ou seja, uma fonte de 15 volts é suficiente para ligar os LEDs em série

O cálculo é semelhante ao exemplo anterior.

R = Extinção / ILED
Uquenching = Upower - N * ULED
Alimentação normal = 15 V
ULED = 3V
ILED = 20mA = 0.02A
R \u15d (3-3 * 0.02) / 300 \u0.3d XNUMX Ohm \uXNUMXd XNUMX kOhm

Exemplo 2

Que haja LEDs com tensão operacional de 3 volts e corrente operacional de 20 mA. É necessário conectar 4 LEDs a uma fonte de 7 volts

Fazemos um cálculo: 4 LEDs para 3 volts \u12d 2 volts, o que significa que não temos tensão suficiente para conectar os LEDs em série, então vamos conectá-los em série-paralelo. Vamos dividi-los em dois grupos de XNUMX LEDs. Agora precisamos calcular os resistores limitadores de corrente. Da mesma forma que nos parágrafos anteriores, calculamos os resistores limitadores de corrente para cada ramo.

R = Extinção / ILED
Uquenching = Upower - N * ULED
Alimentação normal = 7 V
ULED = 3V
ILED = 20mA = 0.02A
R \u7d (2-3 * 0.02) / 50 \u0.05d XNUMX Ohm \uXNUMXd XNUMX kOhm

Como os LEDs nas ramificações têm os mesmos parâmetros, as resistências nas ramificações são as mesmas.

Exemplo 3

Se houver LEDs de marcas diferentes, combinamos de forma que cada ramificação tenha LEDs de apenas UM tipo (ou com a mesma corrente de operação). Nesse caso, não é necessário observar as mesmas tensões, pois calculamos nossa própria resistência para cada ramo.

Por exemplo, existem 5 LEDs diferentes:
1ª tensão vermelha 3 volts 20 mA
2ª tensão verde 2.5 volts 20 mA
3ª tensão azul 3 volts 50 mA
4ª tensão branca 2.7 volts 50 mA
5ª tensão amarela 3.5 volts 30 mA

Como dividimos os LEDs em grupos por corrente
1) 1º e 2º
2) 3º e 4º
3) 5º

calculamos resistores para cada ramo

R = Extinção / ILED
Uquenching = Upower - (ULEDY + ULEDX + ...)
Alimentação normal = 7 V
ULED1 = 3 V
ULED2 = 2.5 V
ILED = 20mA = 0.02A
R1 = (7-(3+2.5))/0.02 = 75 Ohm = 0.075 kOhm

como
R2 = 26 Ohms
R3 = 117 Ohms

Da mesma forma, você pode organizar qualquer número de LEDs

Aviso importante!

Ao calcular a resistência limitadora de corrente, obtemos valores numéricos que não estão na série padrão de resistências, por isso selecionamos um resistor com resistência um pouco superior à calculada.

3. O que acontece se houver uma fonte de tensão com tensão de 3 volts (ou menos) e um LED com tensão operacional de 3 volts?

É aceitável (MAS NÃO DESEJADO) incluir um LED em um circuito sem resistência limitadora de corrente. As desvantagens são óbvias - o brilho depende da tensão de alimentação. É melhor usar conversores CC-CC (conversores de reforço de tensão).

4. É possível conectar vários LEDs com a mesma tensão de operação de 3 volts em paralelo entre si a uma fonte de 3 volts (ou menos)? É assim que se faz nas lanternas “chinesas”.

Novamente, isso é aceitável na prática do rádio amador. Desvantagens dessa inclusão: como os LEDs possuem uma certa dispersão de parâmetros, será observada a seguinte imagem: alguns brilharão mais, enquanto outros ficarão mais escuros, o que não é esteticamente agradável, como vemos nas lanternas acima. É melhor usar conversores CC-CC (conversores de reforço de tensão).

Aviso importante!

Os circuitos apresentados acima não diferem na alta precisão dos parâmetros calculados, isso se deve ao fato de que quando a corrente passa pelo LED, é gerado calor nele, o que leva ao aquecimento da junção pn, presença de corrente- a resistência limitante reduz esse efeito, mas o equilíbrio é estabelecido em uma corrente ligeiramente aumentada através do LED. Portanto, é aconselhável usar estabilizadores de corrente em vez de estabilizadores de tensão para garantir a estabilidade. Ao usar estabilizadores de corrente, você só pode conectar um ramo de LEDs.

Autor: Sivent; Publicação: cxem.net

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