O que é LED: funcionamento, tipos e exemplos - MakerHero
Aula 08 - LED

O que é LED: funcionamento, tipos e exemplos

Deixe um comentário

Neste tópico, vamos explorar o mundo dos LEDs, ou Diodos Emissores de Luz. Ao entender os princípios básicos do LED, sua diversidade de tipos, características elétricas e aplicações práticas, estaremos preparados para incorporar esses componentes em uma variedade de projetos de iluminação e sinalização, desde aplicações residenciais até industriais.

O que é LED?

Os LEDs, ou Diodos Emissores de Luz (Light Emitting Diodes), são dispositivos semicondutores que convertem energia elétrica diretamente em luz visível. Eles consistem em materiais semicondutores dopados, que emitem fótons quando uma corrente elétrica os atravessa. A estrutura de um LED é composta por um ânodo (terminal positivo) e um cátodo (terminal negativo), entre os quais está localizada uma junção semicondutora. 

O que é LED

Os LEDs são conhecidos por sua eficiência energética, longa vida útil e capacidade de operar em uma ampla gama de cores e intensidades, tornando-os uma escolha popular em uma variedade de aplicações de iluminação e sinalização.

Tipos de LEDs

Existem diversos tipos de LEDs, cada um projetado para atender a diferentes requisitos de aplicação e oferecer funcionalidades específicas. 

Aqui estão alguns dos tipos mais comuns de LEDs:

  • LED Difuso: Estes LEDs possuem um design plano e são ideais para aplicações onde é necessária uma distribuição uniforme da luz, como em painéis de LED para iluminação arquitetônica e de interiores.
  • LED de Alto Brilho: Esses LEDs são projetados para fornecer uma saída de luz intensa e são frequentemente utilizados em iluminação de ambientes, sinais luminosos e displays onde a visibilidade é crucial.
  • LED RGB: Os LEDs RGB (Red, Green, Blue) possuem três chips semicondutores diferentes que emitem luz nas cores vermelho, verde e azul. Eles permitem a criação de uma ampla gama de cores através da combinação dessas cores primárias.
  • LED SMD (Surface-Mount Device): Estes LEDs são montados diretamente na superfície de uma placa de circuito impresso (PCB) e são amplamente utilizados em aplicações onde o espaço é limitado, como em dispositivos eletrônicos portáteis e iluminação de fundo em telas LCD.
  • LED de Potência: Os LEDs de potência são projetados para fornecer uma saída de luz mais elevada em comparação com os LEDs convencionais. Eles são comumente utilizados em aplicações de iluminação de alta potência, como em luminárias de rua e refletores.
  • LED Ultravioleta (UV): Os LEDs UV emitem luz ultravioleta e são utilizados em aplicações de cura de resinas, detecção de materiais e esterilização.
  • LED Infravermelho (IR): Os LEDs IR emitem luz infravermelha e são usados em aplicações de controle remoto, sistemas de vigilância por vídeo e comunicações sem fio.
  • Fitas de LED: As fitas de LED consistem em uma série de LEDs montados em uma fita flexível ou rígida. Elas são usadas em uma variedade de aplicações de iluminação decorativa e funcional, como iluminação de destaque em móveis, iluminação de fundo em TVs e monitores, e iluminação de acento em arquitetura.

Esses são apenas alguns exemplos dos tipos de LEDs disponíveis, cada um com suas próprias características e aplicações específicas. A escolha do tipo certo de LED depende das exigências do projeto, como intensidade de luz, cor, eficiência energética e tamanho físico.

Características elétricas dos LEDs

As características elétricas dos LEDs são fundamentais para entender seu comportamento em um circuito e para garantir seu correto funcionamento

Aqui estão algumas das principais características elétricas dos LEDs:

  • Tensão Direta (VF): A tensão direta é a tensão mínima necessária para que um LED comece a conduzir corrente. Cada tipo de LED tem sua própria queda de tensão direta, geralmente em torno de 1.8 a 3.3 volts para LEDs comuns, mas pode variar dependendo da cor e do material semicondutor utilizado.
  • Corrente Direta Máxima (IF): A corrente direta máxima é a corrente máxima que um LED pode suportar sem se danificar. Ela é especificada pelo fabricante e geralmente varia de alguns miliamperes a alguns amperes, dependendo do tipo e tamanho do LED.
  • Eficiência Luminosa: A eficiência luminosa de um LED é a quantidade de luz que ele emite por unidade de energia elétrica consumida. É medida em lúmens por watt (lm/W) e varia dependendo do tipo e da qualidade do LED, com LEDs de alta qualidade alcançando eficiências superiores a 100 lm/W.
  • Ângulo de Visão: O ângulo de visão de um LED determina a dispersão da luz que ele emite. LEDs com ângulos de visão maiores emitem luz em uma área mais ampla, enquanto LEDs com ângulos de visão menores emitem luz em uma área mais concentrada.
  • Resistência Dinâmica (rD): A resistência dinâmica de um LED é uma medida da mudança na tensão direta do LED em relação à mudança na corrente direta. Geralmente, a queda de tensão direta de um LED aumenta com o aumento da corrente direta, o que é representado pela resistência dinâmica.
  • Tempo de Vida Útil: O tempo de vida útil de um LED é a quantidade de tempo que ele pode funcionar antes de atingir uma determinada porcentagem de sua luminosidade inicial. LEDs de alta qualidade podem ter tempos de vida útil superiores a 50.000 horas.
  • Temperatura de Operação: A temperatura de operação de um LED afeta seu desempenho e sua vida útil. Temperaturas mais altas podem reduzir a eficiência e encurtar a vida útil do LED. Portanto, é importante manter os LEDs dentro de sua faixa de temperatura operacional recomendada.

Compreender essas características elétricas dos LEDs é essencial para projetar e dimensionar circuitos com LEDs, garantindo um funcionamento seguro e eficiente.

Como funciona o LED?

Os LEDs funcionam com base no fenômeno da eletroluminescência, que é a emissão de luz quando uma corrente elétrica passa por certos materiais semicondutores. Um LED é composto por camadas de materiais semicondutores com diferentes níveis de dopagem. Tipicamente, há uma camada de tipo p (positivo) e uma camada de tipo n (negativo), separadas por uma junção p-n.

Quando uma tensão é aplicada aos terminais do LED, elétrons da camada n e lacunas da camada p são injetados na região da junção. Nessa região, os elétrons se recombinam com as lacunas, liberando energia na forma de fótons de luz. A cor da luz emitida depende da energia da lacuna entre os níveis de energia dos elétrons na camada n e na camada p, que é determinada pelos materiais semicondutores utilizados.

Polarização dos LEDs

A polarização dos LEDs é crucial para o seu funcionamento adequado, determinando a direção do fluxo de corrente elétrica e, consequentemente, a emissão de luz. Os LEDs são polarizados, o que significa que eles possuem um ânodo e um cátodo

Quando uma tensão elétrica é aplicada nos terminais do LED no sentido correto, isto é, com o ânodo conectado ao potencial mais positivo e o cátodo ao mais negativo, os elétrons fluem através do semicondutor e recombina-se com lacunas, liberando energia na forma de fótons de luz

Por outro lado, quando a polaridade é invertida, o LED atua como um dispositivo de bloqueio, impedindo efetivamente o fluxo de corrente e, portanto, não emitindo luz

Polarização dos LEDs

É importante notar que, para evitar danos ao LED devido ao excesso de corrente, é essencial incluir um resistor limitador de corrente em série com o LED, garantindo assim uma operação segura e estável do componente.

Além disso, é importante mencionar que o brilho do LED está diretamente relacionado à corrente que passa por ele, dentro do limite de funcionamento. Quanto maior a corrente, maior será o brilho emitido pelo LED. Observe a animação abaixo, na qual o brilho do LED aumenta conforme a corrente que o atravessa é incrementada:

Polarização dos LEDs

Como funciona o LED RGB?

Os LEDs RGB possuem quatro pinos, sendo três para cada cor primária (vermelho, verde e azul) e um adicional para o cátodo comum ou o ânodo comum, dependendo da configuração do LED.

Como funciona o LED RGB

Aqui está uma explicação detalhada dos pinos:

  • Pino Vermelho (R): Este pino controla a intensidade da luz vermelha emitida pelo LED RGB. Aplicando uma corrente ao pino R, é possível ajustar o brilho da cor vermelha.
  • Pino Verde (G): Semelhante ao pino vermelho, o pino verde controla a intensidade da luz verde emitida pelo LED RGB. Ao ajustar a corrente neste pino, é possível controlar o brilho da cor verde.
  • Pino Azul (B): Este pino controla a intensidade da luz azul emitida pelo LED RGB. Ajustando a corrente neste pino, é possível controlar o brilho da cor azul.
  • Pino Comum (Cátodo ou Ânodo): Este é o pino comum compartilhado entre todos os LEDs primários. Na configuração de cátodo comum, este pino é o terminal negativo de todos os LEDs primários. Na configuração de ânodo comum, este pino é o terminal positivo de todos os LEDs primários.

Os LEDs RGB podem ser controlados de várias maneiras, dependendo da aplicação e dos requisitos de controle. 

Aqui estão algumas técnicas comuns para controlar um LED RGB:

  • Controle Manual: Um método simples é ajustar manualmente os níveis de corrente de cada LED primário (vermelho, verde e azul) usando potenciômetros ou chaves. Isso permite que você selecione manualmente a cor desejada misturando as intensidades das três cores primárias.
  • Controle por Tensão: Os LEDs RGB podem ser controlados variando a tensão aplicada a cada LED primário. Isso pode ser feito usando um circuito de controle de tensão analógico ou um microcontrolador que ajusta a tensão de saída para cada cor com base nos dados de entrada.
  • Modulação por Largura de Pulso (PWM): A modulação por largura de pulso é uma técnica comum para controlar a luminosidade dos LEDs RGB. Um microcontrolador pode gerar sinais PWM para cada cor primária, ajustando a largura do pulso para controlar a quantidade de corrente que passa por cada LED. Isso permite uma ampla gama de cores e intensidades.
  • Controle Digital: O controle digital dos LEDs RGB envolve o uso de microcontroladores ou circuitos integrados específicos para controlar cada LED primário individualmente. Isso oferece um controle preciso sobre a cor e a intensidade da luz emitida, permitindo a criação de efeitos de iluminação complexos e dinâmicos.
  • Comunicação Serial: Em algumas aplicações, os LEDs RGB podem ser controlados por meio de comunicação serial, como UART, SPI ou I2C. Isso permite o controle remoto dos LEDs e a sincronização com outros dispositivos em um sistema eletrônico mais amplo.

Além das técnicas de controle mencionadas anteriormente, é importante observar que os LEDs RGB podem ser encontrados em duas configurações principais: cátodo comum ou ânodo comum. Essa distinção refere-se à forma como os LEDs são conectados internamente em relação aos terminais de alimentação:

Como funciona o LED RGB

  • Ânodo Comum: Por outro lado, na configuração de ânodo comum, o terminal positivo de todos os LEDs primários é conectado em comum, enquanto os terminais negativos são separados. Nesse caso, o terminal positivo é compartilhado entre todos os LEDs, permitindo o controle individual ao aplicar uma tensão negativa ao terminal correspondente de cada cor.
  • Cátodo Comum: Nessa configuração, o terminal negativo de todos os LEDs primários (vermelho, verde e azul) é conectado em comum, enquanto os terminais positivos são separados. Isso significa que o terminal negativo é comum a todos os LEDs, facilitando o controle individual de cada cor primária ao aplicar uma tensão positiva ao terminal correspondente.

Utilizações comuns dos LEDs

Os LEDs são amplamente utilizados em uma variedade de aplicações devido às suas vantagens únicas, como eficiência energética, longa vida útil e tamanho compacto. 

Algumas das utilizações mais comuns dos LEDs incluem:

  • Iluminação Residencial e Comercial: Os LEDs são amplamente empregados em iluminação residencial e comercial devido à sua eficiência energética e durabilidade. Eles são usados em lâmpadas, luminárias embutidas, refletores, painéis de LED e fitas de LED para fornecer iluminação em ambientes internos e externos.
  • Sinalização e Sinalização de Trânsito: Os LEDs são utilizados em sinais de trânsito, semáforos, placas de publicidade, letreiros luminosos e sinais de emergência devido à sua alta visibilidade, baixo consumo de energia e longa vida útil. Eles são capazes de produzir luz brilhante e nítida em uma variedade de cores.
  • Displays Eletrônicos: Os LEDs são usados em displays eletrônicos, como telas de televisão, monitores de computador, telas de LED e painéis de mensagens, devido à sua capacidade de emitir luz em diferentes cores e intensidades. Eles são mais eficientes e duráveis do que outras tecnologias de iluminação, como o LCD.
  • Iluminação Automotiva: Os LEDs são amplamente adotados na iluminação automotiva, incluindo faróis, lanternas traseiras, luzes de freio, luzes de sinalização e luzes de painel. Eles oferecem maior visibilidade, melhor eficiência energética e maior durabilidade em comparação com as lâmpadas incandescentes e halógenas tradicionais.
  • Iluminação de Emergência e Segurança: Os LEDs são usados em lanternas, lanternas de emergência, luzes de segurança e luzes de estroboscópio devido à sua capacidade de produzir luz brilhante instantaneamente e sua longa vida útil. Eles são ideais para situações onde a confiabilidade e a visibilidade são essenciais.
  • Iluminação Decorativa e Paisagística: Os LEDs são populares na iluminação decorativa e paisagística devido à sua flexibilidade, variedade de cores e capacidade de criar efeitos de iluminação personalizados. Eles são usados em jardins, piscinas, fontes, esculturas, fachadas de prédios e outros elementos arquitetônicos.
  • Aplicações Industriais e Comerciais: Os LEDs são utilizados em uma variedade de aplicações industriais e comerciais, incluindo iluminação de fábricas, armazéns, hospitais, hotéis, escritórios, restaurantes e estacionamentos. Eles oferecem economia de energia significativa, redução nos custos de manutenção e melhor qualidade de luz em comparação com outras tecnologias de iluminação.

 

seta esquerda   Aula anterior  |  Próxima aula  seta direita

Faça seu comentário

Acesse sua conta e participe