LED, Díodo Emissor de Luz

Nos dias de hoje, o termo LED está bastante generalizado é a abreviatura de "Light Emitting Diode" Díodo Emissor de Luz. Apareceu no mercado em 1962 inicialmente na cor vermelha, atualmente existe uma enorme variedade de cores e diferentes aplicações. Uma vantagem é o consumo reduzido de energia, resistência física elevada, reduzida dimensão e uma vida muito longa se as condições de funcionamento forem respeitadas. O LED é um díodo semicondutor (P-N) que quando sujeito a energia emite luz de espetro reduzido. A luz emitida pode ser visível, ou não visível (Infravermelhos, ultravioletas).

A luz é monocromática e é produzida pelas interações energéticas dos eletrões. A sua utilização era, até à bem pouco tempo, exclusiva dos indicadores de funcionamento de outros aparelhos(ligado, desligado por exemplo), sinalizadores luminosos(relógios ou mostradores) passou a ser usado em iluminação direta substituindo a iluminação convencional e as telas de tv e monitores à medida que a relação entre luminosidade e consumo vai sendo melhorada.

O processo de emissão de luz pela aplicação de uma fonte elétrica de energia é chamado eletroluminescência. Em qualquer junção P-N polarizada diretamente, dentro da estrutura, próximo à junção, ocorrem recombinações de lacunas e eletrões.

Diodos Led
Díodos LED
funcionamento led
Funcionamento LED

O que é um LED SMD?

Led SMD
LED SMD

LED SMD funciona da mesma forma que um convencional a diferença é que fabricado para montagem em superfície. Especificamente, é um díodo emissor de luz que é montado e soldado sobre a placa de circuito. Uma vez que não tem ligações as suas dimensões são mais reduzidas que um LED convencional. O calor emitido pelo componente é muito reduzido tornando-os particularmente úteis em espaços de reduzida dimensão.

Identificação e Ligações do LED

Um LED deve ser ligado de forma correta, o circuito de ligação deve ter o + para o ânodo e - para o cátodo. O cátodo é a ponta mais curta e deve ter um corte no lado da cápsula do LED. Se olharmos para o interior do led o ânodo é o elétrodo maior (embora não seja uma forma standard de identificação pode ser utilizada)

LED
Interior LED

Os leds podem ficar danificados por ligação incorreta ou na soldadura. O risco a soldar é baixo exceto se demorar demasiado tempo. Não são necessárias precauções especiais para soldar a maior parte dos leds

simbolo led
Simbolo LED
ligações eletricas led
Ligações Elétricas LED

Cor do Led

espectro cor do led
Espetro Cor LED
Cores dos leds

Os leds estão disponíveis nas cores, Vermelho, Laranja, Amarelo, Verde, Azul e Branco. As cores branca e azul são mais caras que as restantes cores.

A cor da luz emitida pelo LED é determinada pelo material semicondutor não pela cor da cápsula plástica que o rodeia. LEDs coloridos estão disponíveis com cápsulas brancas, difusas ou transparentes. Em função do material semicondutor utilizado o LED produz uma ou outra cor:

  • LED Vermelho: Fosforeto de Gálio (GaP);Fosforeto de Gálio e arsénico (GaAsP);
  • LED Amarelo e Verde:Fosforeto de Gálio(GaP);Fosforeto de Indio, Gálio e alumínio(InGaAlP);
  • LED infra vermelho:Arseneto de Gálio(GaAs); Arseneto de Fosforeto de Alumínio e Gálio (GaAlAs).
   Comp. Onda
(nm)

Cor
Tensão Fwd
(Vf@20ma)
Intensidade
5mm LEDs
Ang°LED Material
940 Infravermelho 1.5 16mW @50mA 15° GaAIAs/GaAs
880 Infravermelho 1.7 18mW @50mA 15° GaAIAs/GaAs
850 Infravermelho 1.7 26mW @50mA 15° GaAIAs/GaAs
660 Ultra Red 1.8 2000mcd @50mA 15° GaAIAs/GaAs
635 High Efficiency Red 2.0 200mcd @20mA 15° GaAsP/GaP
633 Super Red 2.2 3500mcd @20mA 15° InGaAIP
620 Super Orange 2.2 4500mcd @20mA 15° InGaAIP
612 Super Orange 2.2 6500mcd @20mA 15° InGaAIP
605 Orange 2.1 160mcd @20mA 15° GaAsP/GaP
595 Super Yellow 2.2 5500mcd @20mA 15° InGaAIP
592 Super Pure Yellow 2.1 7000mcd @20mA 15° InGaAIP
585 Yellow 2.1 100mcd @20mA 15° GaAsP/GaP
4500K "Incandescent" White 3.6 2000mcd @20mA 20° SiC/GaN
6500K Pale White 3.6 4000mcd @20mA 20° SiC/GaN
8000K Cool White 3.6 6000mcd @20mA 20° SiC/GaN
574 Super Lime Yellow 2.4 1000mcd @20mA 15° InGaAIP
570 Super Lime Green 2.0 1000mcd @20mA 15° InGaAIP
565 High Efficiency Green 2.1 200mcd @20mA 15° GaP/GaP
560 Super Pure Green 2.1 350mcd @20mA 15° InGaAIP
555 Pure Green 2.1 80mcd @20mA 15° GaP/GaP
525 Aqua Green 3.5 10,000mcd @20mA 15° SiC/GaN
505 Blue Green 3.5 2000mcd @20mA 45° SiC/GaN
470 Super Blue 3.6 3000mcd @20mA 15° SiC/GaN
430 Ultra Blue 3.8 100mcd @20mA 15° SiC/GaN
tensão corrente Led em função da cor
I/V em função Cor LED (Figura 5)

zona trabalho Led
Zona de funcionamento led
(varia de led para led)

Tipos de LEDs

tipos de LEDs

Aplicação, dimensão ou cor

LEDs são produzidos com diferentes formas e tamanhos. O LED de 5mm cilíndrico (o último da imagem) é o mais comum, estima-se em 80% a produção mundial. A cor da cápsula de plástico é muitas vezes igual à cor real da luz emitida, mas nem sempre. Por exemplo, cápsulas roxas são usadas frequentemente para diodos emissores de luz infravermelha. Há também LEDs para montagens de superfície utilizados nos painéis avisadores da maior parte dos equipamentos eletro-eletrónicos.
Podem ainda ser encontrados:

led duplo bi-cor

LED Terminal A AC
+
LED 1 ON OFF ON
LED 2 OFF ON ON
Cor Verde Vermelho Amarelo

Bicolores

Um díodo emissor luz bicolor tem dois LEDs ligados em anti-paralelo em uma única cápsula. LED de dupla cor pode produzir qualquer uma das três cores, por exemplo, cor vermelha é emitida quando o dispositivo está ligado em um sentido e verde quando em sentido inverso.


Este tipo de ligação bidirecional é útil para dar indicação de polaridade, por exemplo, a ligação correta de baterias ou fontes de alimentação. Além disso, uma corrente bidireccional produz ambas as cores misturadas em conjunto, se o componente for ligado (através de uma resistência adequada) a uma tensão alternada de baixo valor e baixa frequência.


led triplo tricolor

Cor Vermelho Laranja Amarelo Verde
Corrente
LED1
0 5mA 9.5mA 15mA
Corrente
LED2
10mA 6.5mA 3.5mA 0

Tricolores

São compostos por dois leds ligados com cátodo comum. O mais comum é composto por um LED vermelho e um verde combinados em uma cápsula com os terminais ligados em cátodo comum. Denominam-se tricolores, porque podem dar uma única cor, ligando apenas o vermelho ou apenas o verde. Ligando ambos projeta uma mistura de cor.

Estes dispositivos tricolores ou multicor podem gerar tons adicionais a partir das suas cores primárias (a terceira cor), como o laranja ou amarelo, ligando os dois LEDs com diferentes valores de corrente, como mostrado na tabela, possibilita 4 cores diferentes a partir de apenas dois díodos junções.


Intermitentes

Usam um circuito integrado interno que provoca a intermitência.
display 7 segmentos LED
Display 7
Segmentos

Display 7 segmentos

Um display de sete segmentos é composto por 8 LED, 7 formam o algarismo a apresentar e 1 para gerar o ponto decimal. A sua ligação pode ser feita com o ânodo ou cátodo comum a todos os LED, dependerá do tipo de ligação interna.

A sua utilização é efetuada por um circuito integrado driver que converte a informação para ser visualizada, pode ser utilizado com conversores BCD (Ver contadores Binários) ou com microcontroladores


Caracteristicas de alguns leds

TipoCorIF
max.
VF
typ.
VF
max.
VR
max.
Intensidade
Luminosa
Angulo
visualização
Comprimento
onda
Standard Vermelho 30mA 1.7V 2.1V 5V 5mcd @ 10mA 60° 660nm
Standard brilhante
vermelho
30mA 2.0V 2.5V 5V 80mcd @ 10mA 60° 625nm
Standard Amarelo 30mA 2.1V 2.5V 5V 32mcd @ 10mA 60° 590nm
Standard Verde 25mA 2.2V 2.5V 5V 32mcd @ 10mA 60° 565nm
Alta intensidade Azul 30mA 4.5V 5.5V 5V 60mcd @ 20mA 50° 430nm
Super brilho Vermelho 30mA 1.85V 2.5V 5V 500mcd @ 20mA 60° 660nm
Baixa corrente Vermelho 30mA 1.7V 2.0V 5V 5mcd @ 2mA 60° 625nm
  • IF max.: Corrente máxima com o led ligado corretamente.
  • VF typ.: Voltagem típica, VL - É aproximadamente 2V, excepto para os leds azuis que é 4V.
  • VF max.: Tensão máxima.
  • VR max.: Tensão máxima inversa - Este valor pode ser ignorado se o led estiver ligado corretamente.
  • Intensidade luminosa: Brilho do led com a corrente normal de funcionamento, mcd = millicandela.
  • Ângulo de projeção de luz: Standard LEDs têm um ângulo de 60°.
  • Comprimento de onda: O pico de comprimento de onda visual determina a cor da luz enviada pelo LED.
    nm = nanometre.

Testar Led com Multímetro

Testar Led com multimetro
Testar Led Multimetro

O multímetro, como aparelho de teste, pode facilmente verificar se o díodo está a funcionar ou não. O processo de verificação é idêntico ao da verificação de um díodo, no entanto, é ainda mais simples se considerarmos que o díodo vai acender. Com o multímetro digital, colocar na escala de continuidades, num sentido o led acende e no outro fica apagada... basta isto para verificar se funciona ou não.

Testar Led
Testar Led

Um led deverá ter uma resistência em série para limitar os parâmetros de funcionamento para valores corretos, no entanto, se desejar testar um led sem aparelho de medida, pode utilizar uma resistência de 1K se a alimentação for até 12 volts.

Não esquecer de ligar os terminais corretamente (Ânodo, Cátodo).

Para calcular o valor correto da resistência limitadora, use a calculadora mais em baixo.

NUNCA LIGAR UM LED DIRETAMENTE À FONTE DE ALIMENTAÇÃO!
O led destruir-se-á quase instantaneamente, demasiada corrente passará na junção e queimará.


Led's em paralelo
Não Ligar Paralelo

Ligações de um Led

Ligação de Leds em paralelo

Ligar leds em paralelo com apenas uma resistência de carga, não é uma boa ideia.
Se os led's tiverem uma tensão(volts) de funcionamento diferente, apenas o led de menor tensão acenderá e possivelmente ficará destruído.
Se os leds forem idênticos, podem ligar-se em paralelo, raramente este tipo de ligação oferece benefícios, é preferível e aconselhável usar cada um dos leds com a sua resistência limitadora ou uma ligação em série com vários leds.


led em série
Ligação em Série
de um LED

Ligação de leds em série


Os leds podem-se ligar em série, para uma correta ligação deve ser usado um resistor(resistência) em série, esta resistência tem como função limitar a corrente do LED para que não fique com um valor que exceda a corrente máxima permitida.

A ligação entre os vários leds é efetuada ligando o cátodo de um led ao ânodo do LED seguinte.
Para calcular a resistência limitadora as tensões dos leds são somadas.

A utilização de LEDs com características diferentes não afeta o seu funcionamento.


Cálculo de resistor(resistência) limitador de um led.

resistência de polarização led
Cálculo Resist. Série LED

O led e a resistência estão em série, a tensão no led é o somatório da tensão sobre o resistência será igual a tensão da fonte (Vfonte)(Vf). Para calcular precisamos saber o valor da tensão sobre a resistência.

Vf = Vfonte = tensão da fonte em volt(V);
R = Vres.(Ω) / iled (A);
R = resistência em ohms (Ω);
Vres. = tensão sobre o resistor em volts (V);
iled = corrente sobre o led em amperes (A);
Vled = tensão do led em volts(V);

Exemplo cálculo de uma resistência de polarização de um led:
Para um led vermelho (FLV 110), a tensão é de 1,7 V, tensão da fonte de 9V e uma corrente de 15mA ou 0,015A, então teremos:

Vres. = Vfonte - Vled
Vres = 9 - 1,7 = 7,3V
R=Vres/iled R = 7,3 / 0,015 = 486Ω (valor comercial aproximado 560Ω ).

Potência resist:
Pres. = Vres. * iled
Pres. = 7,3 * 0,015 = 0,1095W (usa-se 1/8W)

Total LEDsTensão LEDCorrente LEDTensão total
(Vled)(V) (iled)(mA) (Vfonte)(V)
Valores da resistência a utilizar em série com o led
Resist. Série Potência

Ligar a 9, 12 ou 24V

Para ligar um corretamente o díodo emissor de luz, ter-se-á que usar uma resistência adequada para cada tipo, ou seja, vai depender da tensão e consumo do díodo. Como sei as características?
Cada fabricante ao produzir o componente, emite uma ficha com os valores normais de funcionamento, estes valores têm alguma tolerância, no entanto, existem alguns valores padrão.
Para efeito de cálculo, pode-se considerar para um díodo emissor de luz mais comum (5mm) os valores da figura 5.
Para 12V vermelho (1,8V, 20mA) - (12-1,8)/0,020 = 510 (valor mais próximo 560Ω)
mas se for o verde (3,5V, 20mA) - (12-3,5)/0,020 = 425 (valor mais próximo 470Ω)
O mesmo processo é usado para calcular tensões de 9V ou qualquer outra.

Ligação Led a 220V ou 110V AC

A ligação do LED diretamente à corrente alternada da rede elétrica(110VAC ou 220VAC) não é possível uma vez que o LED funciona em corrente contínua. Teremos assim que retificar a corrente alternada e reduzir a tensão, embora o circuito tenha possibilidade de funcionar sem o condensador(capacitor) usando em substituição um díodo, a sua utilização protege o circuito de eventuais curto-circuitos e excesso de consumo no led devido a eventuais avarias.

Led 220-240VLed 110-130V
ligação led 220v ac
Conetado em 240V AC
ligação led 110v ac
Conetado em 110V AC

Ligar led através de um CI, TTL ou CMOS

Para conetar mais do que um LED ao mesmo tempo, a corrente de carga pode ser muito elevada para o circuito integrado, em vez da saída direta pelo circuito integrado, usar um transistor bipolar que suporte o número de díodos necessários. A resistência R é necessária para limitar a corrente.

Ligação led através da porta saída circuito integrado
Led está ligado quando a saída do CI é alta
Ligação led através da porta saída circuito integrado
Led está ligado quando a saída do CI é baixa

Usando o transístor como comutador

O transístor pode ser usado como comutador e permite ligar vários díodos em série.

comutação con transistor npn
Ligação com transistor NPN
comutação con transistor pnp
Ligação com transistor PNP

Montagens com LED