Los LED están sustituyendo rápidamente a las bombillas incandescentes en casi todos los ámbitos en los que su posición parecía inamovible. Las ventajas competitivas de los elementos semiconductores eran convincentes: bajo coste, larga vida útil y, sobre todo, mayor eficiencia. Mientras que las lámparas tenían un rendimiento inferior al 5%, algunos fabricantes de LED afirman que convierten en luz al menos el 60% de la electricidad consumida. La veracidad de estas afirmaciones queda en la conciencia de los comercializadores, pero el rápido desarrollo de las propiedades de consumo de los elementos semiconductores en nadie duda.
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Qué es un LED y cómo funciona
Un LED (diodo emisor de luz, LED) es un diodo semiconductorhecho de cristales:
- arseniuro de galio, fosfuro de indio o seleniuro de zinc - para emisores de rango óptico;
- Nitruro de galio: para dispositivos en la gama ultravioleta;
- sulfuro de plomo - para los elementos que emiten en la gama de infrarrojos.
Estos materiales se eligen porque la unión p-n de los diodos fabricados con ellos emite luz cuando se aplica una tensión directa. Los diodos convencionales de silicio o germanio tienen poca o ninguna emisión.
La emisión de los LEDs no se debe al grado de calentamiento del elemento semiconductor, sino que se debe a la transición de electrones de un nivel de energía a otro durante la recombinación de portadores de carga (electrones y huecos). La luz resultante es monocromática.
Una característica de esta radiación es su espectro muy estrecho, y es difícil aislar el color deseado con filtros de luz. Y algunos colores (blanco, azul) son inalcanzables con este principio de fabricación. Por lo tanto, actualmente prevalece la tecnología en la que la superficie exterior del LED está cubierta con un fósforo y su brillo se inicia por la radiación de la unión p-n (que puede ser visible o estar en el rango UV).
Diseño de un LED
Un LED se diseñó originalmente de la misma manera que un diodo normal: una unión p-n y dos pines. Sólo un cuerpo hecho de un compuesto transparente o de metal con una ventana transparente para observar el resplandor. Pero se ha sabido que hay elementos adicionales que se incorporan a la carcasa del aparato. Por ejemplo, Resistencias - para encender el LED En el circuito de la tensión necesaria (12 V, 220 V) sin ningún circuito externo. O un oscilador con un divisor para crear elementos emisores de luz intermitentes. También recubrieron la carcasa con un fósforo que brilla cuando se enciende la unión p-n, lo que aumenta las capacidades del LED.
La tendencia a la conmutación sin clavijas tampoco se ha detenido con los LED. Los dispositivos SMD están ganando rápidamente cuota de mercado en la tecnología de iluminación gracias a las ventajas de la tecnología de fabricación. Los productos SMD no están libres de plomo. La unión P-n está montada sobre una base cerámica, rellena de compuesto y recubierta de fósforo. La tensión se aplica a través de las pastillas de contacto.
Actualmente, los dispositivos de iluminación están equipados con LEDs basados en la tecnología COB. La esencia de esta tecnología es que en una placa se ensamblan varias (de 2-3 a cientos) uniones p-n en una matriz. Todo se coloca en una carcasa única (o se forma un módulo SMD) y se recubre con fósforo. Esta tecnología es muy prometedora, pero es poco probable que desplace por completo a otros diseños de LED.
Qué tipos de LED existen y dónde se utilizan
Los LED de rango óptico se utilizan como elementos de indicación y como dispositivos de iluminación. Cada especialización tiene sus propios requisitos.
Indicadores luminosos
La función de un LED indicador es indicar el estado de un dispositivo (alimentación, alarma, actuación de un sensor, etc.). Los LEDs con brillo de unión p-n son ampliamente utilizados en este campo. Los dispositivos con fósforo no están prohibidos, pero no hay ningún punto en particular. En este caso, la luminancia no es lo más importante. La prioridad es el contraste y el amplio ángulo de visión. Los LEDs se utilizan en paneles de dispositivos (true hole), en placas - tipo pin y SMD.
Iluminación LED
En cambio, los elementos con fósforo se utilizan principalmente para la iluminación. Esto permite un flujo luminoso suficiente y colores cercanos a los naturales. Los LEDs de salida de esta zona están prácticamente exprimidos por elementos SMD. El uso de los LEDs COB está muy extendido.
Los dispositivos diseñados para transmitir señales en el rango óptico o infrarrojo pueden colocarse en una categoría aparte. Por ejemplo, para dispositivos de control remoto de electrodomésticos o de seguridad. Y los elementos UV pueden utilizarse para fuentes UV compactas (detectores de divisas, materiales biológicos, etc.).
Características principales de los LED
Al igual que cualquier diodo, los LEDs tienen características generales similares a las de los diodos. Parámetros límite, cuyo exceso provoca el fallo del aparato:
- corriente de avance máxima permitida;
- Tensión de avance máxima;
- Tensión inversa máxima admisible.
Las demás características son específicas del "diodo".
Color de la iluminación
El color de la luz: este parámetro caracteriza a los LED de la gama óptica. En la mayoría de los casos las luminarias son blancas con diferentes temperatura de la luz. En los indicadores luminosos puede ser cualquiera de las gamas de colores visibles.
Longitud de onda
Este parámetro duplica en cierta medida el anterior, pero con dos reservas:
- Los dispositivos IR y UV no tienen color visible, por lo que para ellos ésta es la única característica que caracteriza el espectro de emisión;
- este parámetro es más aplicable a los LED con emisión directa - los elementos con fósforo emiten en una banda amplia, por lo que su luminiscencia no puede caracterizarse inequívocamente por la longitud de onda (¿cuál podría ser la longitud de onda del color blanco?).
Por lo tanto, la longitud de onda emitida es un dato bastante informativo.
Consumo actual
La corriente absorbida es la corriente de funcionamiento con la que la luz emitida alcanza su brillo óptimo. Si se sobrepasa ligeramente, el aparato no se estropeará pronto: es la diferencia con el valor máximo permitido. Bajarlo tampoco es deseable: la intensidad de la radiación disminuirá.
Potencia
El consumo de energía es sencillo. En corriente continua, es simplemente el producto del consumo de corriente multiplicado por la tensión aplicada. A menudo resulta confuso que los fabricantes de productos de iluminación indiquen en grandes números en los envases la potencia equivalente de una lámpara incandescente, que tiene el mismo flujo luminoso que la luminaria.
Ángulo sólido visible
El ángulo sólido aparente se representa de forma más sencilla como un cono que sale del centro de la fuente de luz. Este parámetro es igual al ángulo de apertura de este cono. En el caso de los LEDs indicadores, determina cómo se verá una alarma desde el lado. Para las luminarias, determina el flujo luminoso.
Intensidad máxima de la luz
La intensidad luminosa máxima se especifica en candelas en las especificaciones técnicas del aparato. Pero en la práctica es más conveniente operar con el concepto de flujo luminoso. El flujo luminoso (en lúmenes) es igual al producto de la intensidad luminosa (en candelas) por el ángulo sólido aparente. Dos LEDs con la misma intensidad de luz dan una luz diferente en un ángulo diferente. Cuanto mayor sea el ángulo, mayor será el flujo luminoso. Esto es más conveniente para el cálculo de los sistemas de iluminación.
Caída de tensión
La caída de tensión hacia delante es la tensión que cae a través del LED cuando está abierto. Conociéndolo, se puede calcular la tensión necesaria para abrir una serie de elementos emisores de luz, por ejemplo.
Cómo saber para qué voltaje está preparado el LED
La forma más fácil de averiguar la tensión nominal de un LED es consultar los libros de referencia. Pero si se encuentra un dispositivo no marcado de origen desconocido, se puede conectar a una fuente de alimentación regulada y aumentar la tensión de forma continua desde cero. A un determinado voltaje, el LED parpadeará con fuerza. Es la tensión de funcionamiento de la célula. Hay varios matices a tener en cuenta con esta prueba:
- el dispositivo que se está probando puede tener una resistencia incorporada y estar diseñado para una tensión suficientemente alta (hasta 220 V); no todas las fuentes de alimentación tienen este rango de regulación;
- la emisión del LED puede estar fuera del espectro visible (UV o IR) - entonces el momento de la ignición no es detectable visualmente (aunque el brillo del dispositivo IR en algunos casos puede verse a través de la cámara de un smartphone);
- La conexión del elemento a la fuente de tensión continua debe hacerse respetando estrictamente la polaridad, de lo contrario es fácil destruir el LED con la tensión inversa, superando las capacidades del dispositivo.
Si no conoces el pin del elemento, es mejor que aumentes el voltaje a 3...3.5V, si el LED no se encendió - quita el voltaje, invierte la conexión de los polos de la fuente y repite el procedimiento.
Cómo averiguar la polaridad del LED
Hay varios métodos para determinar la polaridad de los pines.
- En los elementos sin plomo (incluidos los COB), la polaridad de la tensión de alimentación se indica directamente en la carcasa, ya sea mediante símbolos o mediante los destellos de la carcasa.
- Dado que el LED tiene una unión p-n convencional, se puede sondear con un multímetro en modo de prueba de diodos. Algunos comprobadores tienen una tensión de medición suficiente para encender el LED. La conexión correcta se puede comprobar visualmente por el brillo del elemento.
- Algunos dispositivos CCCP con carcasa metálica tienen una llave (saliente) en la zona del cátodo.
- El cable del cátodo es más largo. Sólo los elementos no soldados pueden ser identificados por esta característica. En el caso de los LEDs usados, los terminales se acortan y se doblan para instalarlos de forma arbitraria.
- Por último, puede averiguar la posición del ánodo y cátodo es posible por el mismo método que se utiliza para determinar la tensión del LED. La luminiscencia sólo será posible si el elemento está conectado correctamente: el cátodo al negativo de la fuente y el ánodo al positivo.
El desarrollo de la tecnología no se detiene. Hace unas décadas, el LED era un juguete caro para los experimentos de laboratorio. Ahora es difícil imaginar la vida sin ella. El tiempo dirá qué ocurrirá después.
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