Diodo Emissor de Luz (LED): O que é? Explicado!

O LED, sigla para “diodo emissor de luz”, é um componente eletrônico que se tornou uma das principais fontes de iluminação em aparelhos elétricos modernos. Sua ampla utilização é impressionante, sendo utilizado em variedades de dispositivos, desde smartphones até enormes outdoors luminosos. Os LEDs são particularmente comuns em aparelhos que necessitam exibir informações como horários e diversos tipos de dados digitais.

O que é um LED?

O diodo emissor de luz (LED) é um dispositivo semicondutor que emite luz quando uma corrente elétrica o atravessa. Seu funcionamento baseia-se na recombinação de elétrons com lacunas, processo que resulta na emissão de luz. Os LEDs permitem o fluxo de corrente na direção direta e o bloqueiam na direção reversa.

Os LEDs são essencialmente junções p-n altamente dopadas. A cor da luz emitida depende do material semicondutor utilizado e do nível de dopagem, determinando o comprimento de onda espectral específico quando polarizado diretamente. Como mostrado na figura, um LED é encapsulado com uma cobertura transparente para permitir que a luz emitida seja liberada.

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Simbologia do LED

O símbolo do LED é baseado no símbolo padrão de um diodo, com uma modificação importante. Ele inclui duas pequenas setas apontando para fora, que representam a emissão de luz. Essas setas são o elemento distintivo que indica a capacidade do dispositivo de produzir iluminação, diferenciando-o de um diodo comum.

Como funciona um LED?

Quando o diodo é polarizado diretamente, os elétrons minoritários são enviados da região P para a N, enquanto as lacunas minoritárias são enviadas da região N para a P. Na fronteira da junção, a concentração de portadores minoritários aumenta. Os portadores minoritários em excesso na junção se recombinam com os portadores majoritários de carga.

Durante a recombinação, a energia é liberada na forma de fótons. Em diodos padrão, essa energia é liberada como calor. Porém, nos diodos emissores de luz, a energia é liberada na forma de fótons. Chamamos esse fenômeno de eletroluminescência. A eletroluminescência é um fenômeno óptico e elétrico onde um material emite luz em resposta a uma corrente elétrica que o atravessa. Conforme a tensão direta aumenta, a intensidade da luz também aumenta, atingindo um máximo.

O que determina a cor de um LED?

A cor de um LED é determinada pelo material usado no elemento semicondutor. Os dois principais materiais utilizados em LEDs são ligas de fosfeto de alumínio-gálio-índio e ligas de nitreto de gálio-índio. As ligas de alumínio são usadas para obter luz vermelha, laranja e amarela, enquanto as ligas de índio são usadas para produzir luz verde, azul e branca. Pequenas alterações na composição dessas ligas modificam a cor da luz emitida.

Tensão direta

Ao lidar com LEDs, um conceito essencial é a tensão direta. Este valor é fundamental para determinar a alimentação necessária em circuitos com LEDs. Sua importância aumenta significativamente quando múltiplos LEDs são conectados a uma única fonte de energia. Por exemplo, se seu circuito opera com 5 V, a soma das tensões diretas de todos os componentes não deve ultrapassar esse valor.Abaixo, apresentamos uma lista com as tensões diretas típicas para LEDs de diferentes cores:

Vermelho – cerca de 1,6 V
Laranja – aproximadamente 2 V
Amarelo – por volta de 2,1 V
Verde – em torno de 1,9 V
Azul – cerca de 2,4 V
Ultravioleta – aproximadamente 3 V
Branco brilhante – por volta de 3,5 V

Onde usar os LEDs?

Os LEDs encontram aplicações em diversos campos, como comunicações ópticas, sistemas de segurança, controle remoto, robótica e outros. Sua ampla utilização deve-se à sua durabilidade, baixo consumo energético, resposta rápida e capacidade de comutação veloz. Alguns usos comuns dos LEDs incluem:

Retroiluminação de televisores
Uso em displays
Aplicações automotivas
Iluminação com controle de intensidade

Quais os tipos de LEDs?

A seguir, uma lista de diferentes tipos de LEDs desenvolvidos com tecnologia semicondutora:

LEDs em miniatura
LEDs de alta potência
LEDs para flash
LEDs bicolor e tricolor
LEDs vermelho-verde-azul (RGB)
LEDs alfanuméricos
LEDs para iluminação geral

LED RGB

RGB é a abreviação para vermelho, azul e verde (em inglês: red, green, blue). Um LED RGB é essencialmente uma combinação de LEDs dessas três cores. Ao misturar essas cores, o LED RGB pode produzir quase qualquer tonalidade, embora tenha dificuldades com tons de rosa e marrom. Com terminais para cada uma das três cores, um LED RGB terá um quarto terminal, para ânodo ou cátodo. Ao observar um LED RGB, você deve posicioná-lo de modo que o segundo terminal da esquerda seja o mais longo. A ordem dos terminais deve ser: vermelho, ânodo ou cátodo, verde e azul.

Os fios vermelho, verde e azul estão todos conectados ao fio externo de ânodo ou cátodo (o segundo terminal). Dependendo se você tem um LED RGB de ânodo ou cátodo comum, a alimentação será fornecida de maneira diferente. Para um LED de ânodo comum, conecte o fio do ânodo da fonte de alimentação ao terminal positivo. Um sinal baixo deve ser aplicado aos fios vermelho, verde e azul. No entanto, para um LED de cátodo comum, conecte o fio do cátodo da fonte de alimentação ao terminal negativo. Um sinal alto deve ser aplicado aos fios vermelho, verde e azul.

LED Infravermelho

O LED infravermelho, ou LED IR, assemelha-se a um LED comum à primeira vista, sendo difícil de distinguir. A principal diferença é que ele emite luz na faixa infravermelha, fora do espectro visível normal, tornando sua emissão invisível ao olho humano. Esses LEDs permitem a produção econômica de luz infravermelha e facilitam a comunicação sem fio entre dispositivos e sensores. Por isso, são amplamente utilizados em ambientes de comunicação máquina-a-máquina e aplicações da Internet das Coisas.

Você provavelmente já viu esse tipo de LED em uso real. Um exemplo comum é o controle remoto de TV. Alguns celulares mais antigos com teclado físico também usavam LEDs IR para transferir dados para outros dispositivos.

LED SMD

Ao examinar uma placa Arduino, você notará alguns SMDs (dispositivos de montagem em superfície). Os LEDs, assim como outros componentes, podem ser montados em superfície. Os LEDs RX e TX no Arduino são exemplos de LEDs SMD. Esses tipos de LEDs não requerem fiação e são soldados diretamente na placa de circuito.

Existem algumas variantes de LEDs SMD, como com lente difusa ou transparente, e com três chips. Os três chips podem ter a mesma cor ou três cores diferentes. Se tiverem cores diferentes, geralmente são vermelho, verde e azul, permitindo que o LED produza praticamente qualquer cor desejada.

Os LEDs SMD têm formato retangular e possuem três células contendo cristais semicondutores. Esses cristais produzem luz quando a corrente passa por eles. Uma resina é usada para proteger a célula SMD. Um LED de cor única sempre terá um ânodo e um cátodo. O LED SMD RGB terá três ânodos e cátodos, um para cada cor.

OLED

OLED significa diodo emissor de luz orgânico. Diferentemente dos outros LEDs mencionados anteriormente, o OLED é uma folha condutora de compostos orgânicos que emite luz quando uma corrente elétrica a atravessa. Esta camada, juntamente com outras, é posicionada entre dois eletrodos. O termo “orgânico” refere-se à presença de ligações carbono-hidrogênio na estrutura, e não a materiais provenientes da natureza.

Os OLEDs são amplamente utilizados em telas, desde smartphones e televisores até projetos com Arduino. Devido à sua construção, cada pixel em um display OLED é controlado individualmente e emite sua própria luz. Em comparação, nas telas LCD, por exemplo, a iluminação provém de uma unidade de retroiluminação. Esta característica confere aos OLEDs uma qualidade de imagem superior, cores mais vibrantes e pretos mais profundos e autênticos.

Vantagens e desvantagens do uso de LEDs

Como todo componente eletrônico, os LEDs apresentam pontos positivos e negativos. Em comparação com as fontes de luz incandescente, os LEDs têm uma vida útil mais longa e consomem menos energia. Por isso, estão se tornando padrão em lâmpadas e outras aplicações. Abaixo, listamos os motivos para considerar o uso de LEDs em seus projetos, bem como algumas razões pelas quais você pode querer buscar alternativas.

Vantagens:

Custo muito baixo
Disponíveis em várias formas, tamanhos e cores
LEDs RGB permitem iluminação em praticamente qualquer cor
Acendem rapidamente
Fisicamente resistentes
Facilmente dimerizáveis por redução da corrente direta ou PWM
Emitem pouco calor
Longa durabilidade
Versáteis para diversas aplicações

Desvantagens:

Potência individual de um LED é baixa
Alcance de iluminação limitado
Podem queimar facilmente, necessitando de resistores e outros componentes
Requerem fonte de alimentação com corrente regulada
LEDs de cores diferentes exigem tensões distintas

Conclusão

Os LEDs (Diodos Emissores de Luz) representam uma tecnologia revolucionária no campo da iluminação e eletrônica. Desde sua invenção, eles têm transformado diversos setores, oferecendo soluções eficientes e versáteis para uma ampla gama de aplicações.

Essas características tornaram os LEDs indispensáveis em muitos dispositivos e sistemas modernos, desde smartphones e televisores até iluminação pública e automotiva.

Apesar de algumas limitações, como a necessidade de controle de corrente e a potência individual relativamente baixa, os benefícios dos LEDs superam significativamente suas desvantagens. A contínua pesquisa e desenvolvimento nesta área promete melhorias ainda maiores, expandindo ainda mais o potencial e as aplicações desta tecnologia.

Perguntas Frequentes – FAQs

1 – O que é um LED?

Um diodo emissor de luz (LED) é um dispositivo semicondutor que emite luz quando uma corrente elétrica o atravessa.

2 – Quais são as aplicações dos LEDs?

Os LEDs têm uma ampla gama de aplicações, desde telefones celulares até grandes painéis publicitários. Eles são frequentemente utilizados em dispositivos que mostram horários e exibem diversos tipos de dados.

3 – Como funcionam os LEDs?

Os LEDs operam com base no princípio da eletroluminescência. Quando uma corrente passa pelo diodo, os portadores de carga minoritários e majoritários se recombinam na junção. Durante essa recombinação, a energia é liberada na forma de fótons. À medida que a tensão direta aumenta, a intensidade da luz também aumenta até atingir um máximo.