Eletrônica: Conhecendo o LED

O LED (Light Emitting Diode) é um dispositivo semicondutor composto por uma junção PN (diodo), a qual, quando polarizada diretamente, emite energia luminosa. É empregado como luz indicadora em diversos equipamentos. Atualmente, tem sido cada vez mais utilizado para iluminação, em substituição a lâmpadas convencionais.

Foi introduzido comercialmente pela primeira vez em 1962, sendo que os primeiros leds emitiam apenas luz vermelha de baixa intensidade.

Os leds modernos possuem alta intensidade luminosa e são capazes de irradiar luz em todo o espectro visível, além de infravermelha e ultravioleta.

Um led consiste basicamente de um diodo semicondutor. Quando o mesmo é polarizado diretamente, a recombinação entre seus elétrons e lacunas libera energia na forma de fótons. A cor da luz gerada é determinada pelo tipo de semicondutor e da impureza adicionada.

Possui diversas vantagens em relação a lâmpadas incandescentes: baixo consumo de energia, maior tempo de vida útil, maior robustez, menor tamanho, maior velocidade de resposta etc. Entretanto, são bem mais caros e precisam de um controle de corrente e aquecimento mais preciso, para evitar danos ao componente.

A luz emitida não é monocromática, mas a banda colorida é relativamente estreita. A cor, portanto, dependente do cristal e da impureza de dopagem com que o componente é fabricado. O led que utiliza o arseneto de gálio emite radiações infravermelhas. Dopando-se com fósforo, a emissão pode ser vermelha ou amarela, de acordo com a concentração. Utilizando-se fosfeto de gálio com dopagem de nitrogênio, a luz emitida pode ser verde ou amarela. Hoje em dia, com o uso de outros materiais, consegue-se fabricar leds que emitem luz azul, violeta e até ultra-violeta. Existem também os leds brancos, mas esses são geralmente leds emissores de cor azul, revestidos com uma camada de fósforo do mesmo tipo usado nas lâmpadas fluorescentes, que absorve a luz azul e emite a luz branca. Existem também os leds brancos chamados RGB, e que são formados por três "chips", um vermelho (R de red), um verde (G de green) e um azul (B de blue). Uma variação dos leds RGB são leds com um microcontrolador integrado, o que permite que se obtenha um verdadeiro show de luzes utilizando apenas um led.

Em geral, os leds operam com nível de tensão de 1,6 a 3,3V. É interessante notar que a tensão é dependente do comprimento da onda emitida. Assim, os leds infravermelhos geralmente funcionam com menos de 1,5V, os vermelhos com 1,7V, os amarelos com 1,7V ou 2.0V, os verdes entre 2.0V e 3.0V, enquanto os leds brancos, azuis, violeta e ultra-violeta geralmente precisam de mais de 3V. A potência necessária está na faixa típica de 10 a 150 mW, com um tempo de vida útil de 100.000 ou mais horas.

A figura abaixo ilustra alguns modelos de leds encontrados comercialmente:

Os diodos emissores de luz são empregados também na construção dos displays alfa-numéricos. Há também leds bi-colores, que são constituídos por duas junções de materiais diferentes em um mesmo invólucro, de modo que uma inversão na polarização muda a cor da luz emitida de verde para vermelho, e vice-versa. Existem ainda leds bicolores com três terminais, sendo um para acionar a junção dopada com material para produzir luz verde, outro para acionar a junção dopada com material para gerar a luz vermelha, e o terceiro comum às duas junções. O terminal comum pode corresponder à interligação dos anodos das junções (leds bicolores em anodo comum) ou dos seus catodos (leds bi-colores em catodo comum).

Como o diodo, o led não pode receber tensão diretamente entre seus terminais, uma vez que a corrente deve ser limitada para que a junção não seja danificada. Assim, o uso de um resistor limitador em série com o led é comum nos circuitos que o utilizam. Para calcular o valor do resistor usa-se a seguinte fórmula:

Onde Vfonte é a tensão disponível, Vled é a tensão correta para o led em questão e Iled é a corrente que ele pode suportar com segurança.

Tipicamente, os leds grandes (de aproximadamente 5 mm de diâmetro, quando redondos) trabalham com correntes da ordem de 12 a 30 mA e os pequenos (com aproximadamente 3 mm de diâmetro) operam com a metade desse valor.

Os leds não suportam tensão reversa de valor significativo, podendo-se danificá-los com apenas 5V de tensão nesse sentido. Por isso, quando alimentado por tensão CA, o led deve ser acompanhado de um diodo retificador em série para a sua proteção.

A imagem a seguir mostra a polaridade dos terminais de um led redondo:

Observe que o terminal negativo é menor e está situado junto ao lado chanfrado do componente.

O esquema típico de ligação de um led está mostrado abaixo:

Conforme relatado acima, a inversão da polaridade poderá provocar a queima do componente. Além disso, o cálculo correto do valor do resistor é de fundamental importância.

Alguns textos e imagens foram extraídos do site Wikipedia.