Sobre como usar LEDs, dispositivo LED, como acender um LED

Todos estão familiarizados com os LEDs agora: luzes LED, lâmpadas LED, fitas e muito mais. Graças aos esforços dos desenvolvedores, dispositivos absolutamente exóticos apareceram, por exemplo, um bico em uma torneira de água.

Externamente, é um cilindro de plástico transparente: água fria derramada - dentro do bico, um LED azul acende, fica mais quente - fica amarelo e, mesmo que a água esteja quente demais, o bico fica vermelho. O conteúdo do preenchimento interno é desconhecido, mas o fato de os LEDs serem usados ​​como elementos emissores é óbvio.

O primeiro LED foi desenvolvido na Universidade de Illinois em 1962. Em 1990, nasceram LEDs brilhantes e mais brilhantes.

O LED em si é muito semelhante a um diodo retificador convencional; somente quando uma corrente direta passa por ele, o cristal semicondutor começa a brilhar. O nome em inglês para LEDs é diodo emissor de luz, ou LED, que literalmente pode ser traduzido como diodo emissor de luz.

Para obter diferentes comprimentos de onda da radiação (cor), vários dopantes são adicionados ao semicondutor. A adição de alumínio, hélio, índio e fósforo faz com que o cristal emita cores do vermelho ao amarelo. Para obter um brilho do azul ao verde, os cristais são dopados com partículas de nitrogênio, gálio ou índio.

Atualmente, os LEDs brancos são provavelmente os mais comuns. Basicamente, são produtos para criar iluminação, de lanternas, lembranças a holofotes sérios para instalação em telhados e fachadas de edifícios. Mas aqui está um detalhe interessante: na natureza, não há material semicondutor que possa brilhar em branco.

Como estar aqui? A radiação ultravioleta ajudou a sair dessa situação: o cristal "ultravioleta" é coberto com uma camada de fósforo, aproximadamente o mesmo que foi feito em lâmpadas fluorescentes, como resultado do qual o LED brilha em branco.

Mas também há emboscada. Como nas lâmpadas fluorescentes, o fósforo perde suas propriedades ao longo do tempo, o brilho se torna fraco. No entanto, para que esse desgaste ocorra, o LED deve brilhar continuamente por pelo menos um ano e talvez até mais. Portanto, com a ativação e desativação periódicas, a vida útil desses dispositivos é bastante grande.

Inicialmente, os LEDs destinavam-se principalmente a dispositivos indicadores, substituíram as lâmpadas incandescentes em miniatura. Os benefícios aqui são inegáveis. Trata-se de um baixo consumo de energia, baixa tensão de alimentação e também alta durabilidade: uma lâmpada incandescente tem uma vida útil de não mais que mil horas, enquanto para LEDs esse parâmetro é de várias dezenas de milhares.

Algumas fontes afirmam que o LED pode funcionar continuamente por até 11 anos! Mas em alguns dispositivos, para substituir uma lâmpada, é preciso recorrer à desmontagem significativa do gabinete e de todo o painel da tela. Aqui um martelo, um cinzel e alguma outra mãe ajudam na íntegra.

Um parâmetro distinto dos LEDs é uma variedade de cores, o que elimina a necessidade de filtros. Comparado com lâmpadas incandescentes Lâmpadas LED possuem maior resistência mecânica, o que facilita a tolerância a vibrações e choques. Dentro de limites razoáveis, é claro.

Dispositivo LED

Os primeiros LEDs foram produzidos em caixas de metal com uma janela transparente. À medida que a tecnologia melhorava, o casco começou a ser feito inteiramente de plástico.A cor do plástico, em regra, corresponde à cor do brilho, mas os casos transparentes também são muito comuns. De que cor esse LED brilha, só pode ser descoberto após sua inclusão.

O mesmo que diodo retificador convencionalO LED possui dois pinos de ânodo e cátodo. Portanto, ao conectar, observe a polaridade. A saída do ânodo, como regra, é um pouco mais longa que o cátodo, mas este ainda é um novo LED. Se as pernas já estiverem aparadas, as conclusões podem ser determinadas pelo multímetro "proverbial": com a polaridade correta da conexão, o LED acende um pouco.

Na direção oposta, o dispositivo deve mostrar uma grande resistência, quase aberta, como é o caso de um diodo retificador convencional. A disposição interna do LED em um compartimento transparente é mostrada na Figura 1.

Figura 1. A estrutura interna do LED em uma caixa transparente

Como acender um LED

Frequentemente, amadores de rádio amador fazem a pergunta: "Qual voltagem é necessária para acender um LED?" Aqui você pode ver a analogia com lâmpadas incandescentes. Esta lâmpada é para 220V, e esta é para 12. No caso de usar um LED, não se pode dizer que este LED é para 5V e este é para 12V. A questão é: por que?

O fato é que o LED é um dispositivo atual: um resistor limitador de corrente é ligado em série com ele, o que é mostrado na Figura 2.

Figura 2 Diagrama de fiação de LED através de um resistor limitador de corrente

É fácil ver que o LED está conectado a uma fonte DC com a polaridade correta: o ânodo é conectado ao pólo positivo da bateria e o cátodo através do resistor limitador, respectivamente, ao negativo. Naturalmente, o resistor limitador também pode ser incluído na ruptura da saída do ânodo, porque o circuito é serial!

A fonte DC na figura é mostrada como uma célula galvânica com uma voltagem não superior a um volts e meio. De fato, pode ser uma bateria de células com tensão de 12 ... 24V e, com a inclusão apropriada, até uma rede de iluminação CA de 220V. O principal é limitar a corrente direta através do LED no nível indicado na documentação técnica. Para a maioria dos LEDs modernos, essa corrente é de 20mA.

Mas aqui é justo fazer uma pequena observação sobre a questão da tensão do LED. O fato é que, atualmente, para fins de miniaturização de equipamentos eletrônicos, foi estabelecida a produção de LEDs com um resistor limitador integrado no invólucro. Essa integração nos permite dizer que este LED tem uma tensão de trabalho de 12V, e este é apenas 5.

É com essa marcação que você pode ver os preços nas prateleiras dos mercados de rádio. É verdade que esses dispositivos não são comuns, portanto, não se deve esquecer o resistor limitador.

Há também uma categoria de LEDs projetados para uma tensão operacional específica. Estes são os chamados LEDs intermitentes que contêm um gerador integrado, o que faz o cristal piscar em uma determinada frequência. Tentativas de alterar a frequência piscando com a ajuda de capacitores externos e outros truques estão fadadas ao fracasso. Embora alguma mudança na frequência possa ser alcançada variando a tensão de alimentação.

Portanto, os LEDs intermitentes são produzidos para uma voltagem específica: alta tensão 3 ... 14V e baixa tensão 1,8 ... 5V. Ao mesmo tempo, o resistor limitador interno para LEDs piscantes de baixa tensão está ausente. Aqui você precisa mostrar a máxima atenção. Mas voltando aos LEDs habituais.

Portanto, já foi dito que a corrente direta da maioria dos LEDs é de 20 miliamperes. É possível fazer um pouco menos (apenas o brilho diminuirá e a cor será um pouco diferente do que era esperado), mas mais é altamente indesejável. É esse valor atual que se destina a fornecer o resistor limitador mostrado na Figura 2.

Para calcular o valor da resistência desse resistor, você deve conhecer dois parâmetros.Primeiro, é a tensão de alimentação do circuito (preste atenção, são ESQUEMAS, não um único LED) e, segundo, uma queda direta de tensão no LED.

Essa queda direta é especificada na documentação técnica e, para a maioria dos tipos de LED, está na faixa de 1,8 ... 3,6V (para cada tipo, mas na maioria das vezes 2V). Essa será a queda de tensão direta no LED a uma corrente de 20 mA. Com esses dados, é muito simples calcular a resistência do resistor limitador. Para deixar claro de onde vem, você pode usar o diagrama simples mostrado na Figura 3.

Figura 3Diagrama de conexão LED

É óbvio que o resistor conectado em série R1 e o LED HL1 são um divisor de tensão. Também é sabido que uma queda de tensão direta no LED de acordo com os dados de referência é exatamente 2V. Aqui temos um LED tão bom.

Então, com uma tensão de alimentação de 12V, a queda de tensão no resistor R1 será de 12V - 2V = 10V. Portanto, de acordo com a lei de Ohm, é fácil calcular a resistência do resistor na qual a corrente através do LED será 20mA: R = U / I = 10V / 20mA = 0,5KΩ.

Fórmula para calcular o resistor limitador:

Tudo é claro e simples aqui. No numerador estão a tensão de alimentação e uma queda direta de tensão no LED. O denominador contém a corrente necessária através do LED multiplicada por um fator de confiabilidade de 0,75. Na mecânica, isso é chamado de margem de segurança.

No caso em que vários LEDs são conectados em série, a queda de tensão neles simplesmente aumenta e é substituída na fórmula mostrada acima. Naturalmente, neste caso, a resistência R nesse caso torna-se menor do que para um único LED.

Naturalmente, um pouco de energia é liberada no resistor. Para que o resistor não se queime imediatamente ou com o tempo, sua potência é geralmente calculada pela fórmula:

Todas as quantidades têm a dimensão do sistema SI: tensão em volts, resistência em Ohms, potência em watts.

Muitas vezes, há a necessidade de vários métodos de conexão de LEDs, conectando-os a várias fontes de energia, mas isso será discutido na continuação do artigo.

Veja também: Como conectar a faixa de LED à fonte de alimentação

Boris Aladyshkin