Os LEDs estão a substituir rapidamente as lâmpadas incandescentes em quase todas as áreas onde a sua posição parecia inabalável. As vantagens competitivas dos elementos semicondutores foram convincentes: baixo custo, longa duração e, o mais importante, maior eficiência. Enquanto as lâmpadas tinham uma eficiência inferior a 5%, alguns fabricantes de LED afirmam converter pelo menos 60% da electricidade consumida em luz. A veracidade destas afirmações permanece na consciência dos comerciantes, mas o rápido desenvolvimento das propriedades de consumo dos elementos semicondutores não suscita quaisquer dúvidas.
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O que é um LED e como funciona
Um LED (light-emitting diode, LED) é um LED convencional díodo semicondutorfeitos a partir de cristais:
- arsenieto de gálio, fosforeto de índio ou selenieto de zinco - para emissores de alcance óptico;
- Nitreto de gálio - para dispositivos na gama de ultravioletas;
- sulfureto de chumbo - para os elementos que emitem na gama de infra-vermelhos.
Estes materiais são escolhidos porque a junção p-n dos díodos feitos a partir deles emite luz quando é aplicada uma tensão directa. Os díodos convencionais de silício ou germânio têm pouca ou nenhuma emissão.
A emissão de LEDs não se deve ao grau de aquecimento do elemento semicondutor; é causada pela transição dos electrões de um nível de energia para outro durante a recombinação dos portadores de carga (electrões e furos). A luz resultante é monocromática.
Uma característica desta radiação é o seu espectro muito estreito, e é difícil isolar a cor desejada com filtros de luz. E algumas cores (branco, azul) são inalcançáveis com este princípio de fabrico. Portanto, a tecnologia actualmente prevalecente em que a superfície exterior do LED é coberta por um fósforo e o seu brilho é iniciado pela radiação da junção p-n (que pode ser visível ou estar na gama UV).
Desenho de um LED
Um LED foi originalmente concebido da mesma forma que um díodo normal - uma junção p-n e dois pinos. Apenas um corpo feito de um composto transparente ou metal com uma janela transparente para observar o brilho. Mas foram aprendidos elementos adicionais a serem incorporados no invólucro do dispositivo. Por exemplo, Resistências - para ligar o LED No circuito de voltagem necessária (12 V, 220 V) sem qualquer circuito externo. Ou um oscilador com um divisor para criar elementos emissores de luz intermitente. Também revestiram a caixa com um fósforo que brilha quando a junção p-n é inflamada, aumentando assim as capacidades do LED.
A tendência para a comutação sem pinos também não parou com os LEDs. Os dispositivos SMD estão a ganhar rapidamente quota de mercado na tecnologia de iluminação com vantagens na tecnologia de fabrico. Os produtos SMD não são isentos de chumbo. A junção P-n é montada sobre uma base cerâmica, preenchida com composto e revestida com fósforo. A tensão é aplicada através das almofadas de contacto.
Actualmente, os dispositivos de iluminação estão equipados com LEDs baseados na tecnologia COB. A essência desta tecnologia é que numa só placa várias (de 2-3 a centenas) junções p-n são montadas numa matriz. Tudo é colocado em cima numa única caixa (ou é formado um módulo SMD) e revestido com fósforo. Esta tecnologia tem grandes promessas, mas é pouco provável que desloque completamente outros desenhos de LEDs.
Que tipos de LEDs estão disponíveis e onde são utilizados
Os LEDs da gama óptica são utilizados como elementos de indicação e como dispositivos de iluminação. Cada especialização tem as suas próprias exigências.
LEDs indicadores
A função de um LED indicador é indicar o estado de um dispositivo (fonte de alimentação, alarme, accionamento do sensor, etc.). Os LEDs com brilho de junção p-n são amplamente utilizados neste campo. Os dispositivos com fósforo não são proibidos, mas não há muito sentido. Aqui, a luminância não é de importância primordial. A prioridade é o contraste e o amplo ângulo de visão. Os LEDs são utilizados em painéis de dispositivos (true hole), em placas - tipo pino e SMD.
Iluminação LEDs
Em contraste, os elementos com fósforo são principalmente utilizados para iluminação. Isto permite um fluxo luminoso suficiente e cores próximas do natural. Os LEDs de saída desta área são praticamente espremidos por elementos SMD. Os LEDs COB são amplamente utilizados.
Os dispositivos concebidos para transmitir sinais na gama óptica ou infravermelha podem ser colocados numa categoria separada. Por exemplo, para dispositivos de controlo remoto de electrodomésticos ou dispositivos de segurança. E os elementos UV podem ser utilizados para fontes UV compactas (detectores de moeda, materiais biológicos, etc.).
Principais características dos LEDs
Como qualquer diodo, os LEDs têm características gerais, "semelhantes a diodos". Parâmetros de limite, cujo excesso leva à falha do dispositivo:
- corrente contínua máxima admissível;
- Máxima tensão de avanço;
- Tensão inversa máxima admissível.
As outras características são específicas do "diodo".
Cor da iluminação
A cor da luz - este parâmetro caracteriza os LEDs na gama óptica. Na maioria dos casos, as luminárias são brancas com diferentes temperatura da luz. Nas luzes indicadoras pode ser qualquer uma das gamas de cores visíveis.
Comprimento de onda
Este parâmetro duplica em certa medida o anterior, mas com duas reservas:
- Os dispositivos IR e UV não têm cor visível, pelo que para eles esta é a única característica que caracteriza o espectro de emissão;
- este parâmetro é mais aplicável para LEDs com emissão directa - elementos com emissão de fósforo numa banda larga, pelo que é impossível caracterizar a sua luminescência sem ambiguidade pelo comprimento de onda (que comprimento de onda pode estar na cor branca?).
Portanto, o comprimento de onda emitido é uma figura bastante informativa.
Consumo actual
A corrente absorvida é a corrente de funcionamento em que a luz emitida está na sua luminosidade óptima. Se for ligeiramente excedido, o dispositivo não se avariará em breve - esta é a diferença em relação ao nível máximo permitido. Reduzi-lo também é indesejável - a intensidade de radiação irá baixar.
Energia
O consumo de energia é simples. Em corrente contínua, é simplesmente o produto do consumo da corrente multiplicado pela tensão aplicada. É muitas vezes confuso para os fabricantes de produtos de iluminação, o facto de se escrever em grande número na embalagem a potência equivalente de uma lâmpada incandescente, que tem o mesmo fluxo luminoso que a luminária.
Ângulo sólido visível
O ângulo sólido aparente é mais simplesmente representado como um cone emergindo do centro da fonte de luz. Este parâmetro é igual ao ângulo de abertura deste cone. No caso de LEDs indicadores, determina como um alarme será visto de lado. Para as luminárias, determina o fluxo luminoso.
Intensidade máxima da luz
A intensidade luminosa máxima é especificada em candelas nas especificações técnicas do dispositivo. Mas na prática é mais conveniente operar com o conceito de fluxo luminoso. O fluxo luminoso (em lúmens) é igual ao produto da intensidade luminosa (em candela) pelo ângulo sólido aparente. Dois LEDs com a mesma intensidade luminosa dão luz diferente em ângulos diferentes. Quanto maior for o ângulo, maior será o fluxo luminoso. Isto é mais conveniente para o cálculo de sistemas de iluminação.
Queda de voltagem
A queda de voltagem para a frente é a voltagem que cai sobre o LED quando este está aberto. Sabendo-o, pode calcular a tensão necessária para abrir, por exemplo, uma série de elementos emissores de luz.
Como saber para que voltagem o LED é classificado
A forma mais fácil de descobrir a tensão nominal de um LED é consultar os livros de referência. Mas se for encontrado um dispositivo não marcado de origem desconhecida, pode ser ligado a uma fonte de alimentação regulada e a voltagem pode ser aumentada progressivamente a partir do zero. A uma certa voltagem, o LED irá piscar brilhantemente. Esta é a voltagem de funcionamento da célula. Há várias nuances a ter em mente com este teste:
- o dispositivo em teste pode ter uma resistência incorporada e ser concebido para uma tensão suficientemente alta (até 220 V) - nem todas as fontes de alimentação têm esta gama de regulação;
- a emissão do LED pode estar fora do espectro visível (UV ou IR) - então o momento de ignição não é visualmente detectável (embora o brilho do dispositivo IR possa, em alguns casos, ser visto através de uma câmara smartphone);
- A ligação do elemento à fonte de tensão contínua deve ser feita com estrita observância da polaridade, caso contrário é fácil destruir LED com tensão inversa, excedendo as capacidades do dispositivo.
Se não conhece o pino do elemento, é melhor aumentar a tensão para 3...3.5V, se o LED não acendeu - remover a tensão, inverter a ligação dos pólos da fonte e repetir o procedimento.
Como descobrir a polaridade do LED
Existem vários métodos para determinar a polaridade das pistas.
- Com elementos sem chumbo (incluindo COBs), a polaridade da tensão de alimentação é indicada directamente na caixa - seja por símbolos ou pelos flashes no invólucro.
- Uma vez que o LED tem uma junção p-n convencional, pode ser sondado com um multímetro em modo de teste de díodos. Alguns provadores têm uma voltagem de medição suficiente para acender o LED. A ligação correcta pode então ser verificada visualmente através do brilho do elemento.
- Alguns dispositivos CCCP com uma caixa metálica têm uma chave (protrusão) na área catódica.
- O chumbo do cátodo é mais longo. Apenas os elementos não soldados podem ser identificados por esta característica. Com LEDs usados, os terminais são encurtados e dobrados para instalação de uma forma arbitrária.
- Finalmente, pode descobrir a posição do ânodo e cátodo é possível pelo mesmo método que é utilizado para determinar a voltagem do LED. A luminescência só será possível se o elemento estiver ligado correctamente - o cátodo ao menos da fonte e o ânodo ao mais.
O desenvolvimento da tecnologia não fica parado. Há algumas décadas atrás, o LED era um brinquedo caro para experiências de laboratório. Agora é difícil imaginar a vida sem ela. O que vai acontecer a seguir - o tempo o dirá.
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