Led

by admin on 02/08/2011

Led è l’acronimo di Light Emitting Diode cioè diodo emettitore di luce, un diodo che attraversato da corrente emette luce, essa mantiene tutte le caratteristiche di un diodo, SEMICONDUTTIVITA’, TENSIONE DI SOGLIA, TENSIONE DI ROTTURE ecc…

 

Non è una lampadina come  viene erroneamente definita da alcuni, anche se dalla sua nascita (1962 dalle mani di Nick Holonyak Jr) fu impiegata subito come sostituto delle lampade spia al filamento e al neon nelle segnalazioni luminose, poichè il suo funzionamento ha una durata minima di alcune decine di migliaia di ore, viene alimentata a bassa tensione e a pieno regime vanta un basso consumo.

Oggi siamo circondati da led, li possiamo trovare in una tv, nel telecomando, nei cellulari, nei pc, nei semafori, nei cartelloni pubblicitari ed in migliaia di altri oggetti di uso comune.

Il led fondamentalmente è un diodo a giunzione p-n formati da un sottile strato di materiale semiconduttore drogato, è formato da tre parti, la lente del led (corpo plastico), la giunzione e i terminali:

La lente del led è un bulbo in cui è contenuta la giunzione, può essere trasparente o colorato (a diffusione), ed esso da la forma al led, cilindrico, quadrato o rettangolare ne esistono di diversi diametri  3, 5, 8 o 10 mm naturalmente tutto dipende dall’utilizzo che se ne deve fare. Sul corop dei led cilindrici è presente uno smusso che permette di individuare il catodo.

La giunzione p-n è il cuore del led è formata un sottile strato di materiale conduttore  ”drogato” con elementi diversi in base al colore del led, i due elementi sono di diversa forma appositivamente per riuscire a distinguere il catodo (il più largo) dall’anodo

I terminali (reofori) sono i piedini del led, essi quando sono integri hanno una lunghezza diversa ed è possibile individuare il catodo come terminale più corto.

 

Ma come funziona un led?

Il led sfrutta le proprietà ottiche di alcuni materiali semiconduttori (citati in precedenza) per produrre fotoni a partire dalla ricombinazione di coppie elettrone, lacuna.

Per capire il funzionamento di un diodo led prendiamo in considerazione che la luce è una forma di energia e che tale energia viene rilasciata da un atomo. La luce come tutti ben sapete è composta da delle piccole particelle, le quali vengono chiamate fotoni. Ora supponiamo che in un led ci siano diversi atomi con diversi elettroni che girano intorno al nucleo sulle proprie orbite, ovviamente a seconda dell’orbita che occupa un elettrone sarà più o meno carico di energia (l’energia è direttamente proporzionale alla larghezza dell’orbita).

Quando uno di questi elettroni passa da un orbita larga ad una inferiore andando a riempire una lacuna Positiva perde un po’ della sua energia ed ecco svelato il mistero: da qui deriva la luce che vediamo, ovvero dalla perdita di energia sotto forma di fotone. Più energia perde l’elettrone che si sposta (ad esempio con un calo di orbita elevato) maggiore sarà la frequenza della luce emessa, da qui si determina il colore della luce stessa.

Come accennato prima, l’emissione di luce colorata non è da attribuirsi al corpo plastico ma alle sostanze droganti che costituiscono la giunzione vediamo ora una tabella riassuntiva dei colori emessi dai led:

ELEMENTO EROGANTE          SIMBOLO           COLORE             CADUTA (VOLT)

arseniuro di gallio                              GaAs                infrarosso                         1,1

arseniuro+fosfuro di gallio              GaAsP                 rosso                              1,8

fosfuro di gallio                                  GaP                     giallo                               1,9

fosfuro di gallio                                  G aP                   verde                                 2

alluminio+indo+gallio+fosforo      AllnGaP              ambra                             2

nitruro di gallio                                  GaN                      blu                                  3

per il bianco si utilizza un metodo particolare, applicare alcuni strati di fosforo sulla cima del Led stesso solitamente si utilizza il led di colore blu, quindi la caduta di tensione di un led bianco è 3 volt.

Vi chiederete a cosa serva la daduta di tensione espressa in volt nella tabella, ecco svelato il mistero:

Per far funzionare un led ci sono alcune cose da sapere, un led così come un normalissimo diodo è polarizzato, non va mai sottoposto a correnti maggiori di 15/20 mA altrimenti brucerà, e ogni led possiede una caduta di tensione che corrisponde alla soglia di accensione al di sotto della quale il led resta spento.

Ora possiamo vedere in base al colore del led il valore della caduta di tensione così da poter stabilire il valore della resistenza da applicare in serie al led per limitare la corrente a 15mA

usando una semplice formula:   Rc = (Val – Vled) : 0,015

Dove :

  • Rc è il valore espresso in OHM della resistenza di caduta da collegare in serie.
  • Val è il valore della tensione di alimentazione.
  • Vled  è il valore dei volt della caduta del led da applicare.
  • 0,015  è il valore espresso in Ampere della corrente che atteraversa il led.

Per semplificare la comprensione della formula, illustro di seguito un esempio:

Circuito d'esempio

Prendiamo un led di colore rosso, e una tensione di 5v, vediamo che valore di resistenza bisogna inserire per non bruciare il led  RC=(5 v – 1.8 v): 0,015 A= 213 Ω  naturalmente per avere una resistenza da 213 Ohm si dovrebbero utilizzare più resistenze, ma visto che abbiamo una buona tolleranza (inserendo 15 mA non ci troviamo al massimo che è 20mA), si sotituisce il tutto con una sola resistenza con un valore commerciale di 220 Ohm.

L’immagine che segue rappresenta il simbolo del led utilizzato sui circuiti

Simbolo del led

Ora vi illusto alcune caratteristiche particolari dei Led….

La prima è che producono una luce maggiore rispetto alle lampadine normali  a parità di potenza consumata, vi faccio capere il perchè con un esempio:

Se prendi un pezzo di ferro e lo lasci un pò in mezzo alla brace, all’inizio è opaco, poi comincia a diventare rosso, e infine diventa bianco (se la brace è abbastanza calda). Se lo tiri fuori dalla brace, questo emana un sacco di calore, e sempre meno luminosità, fino a quando non diventa di nuovo scuro. Praticamente la luce emessa dal pezzo di ferro è solo una conseguenza della grande quantità di calore presente all’interno del metallo. Le lampadine, che non per nulla si chiamano “a incandescenza”, funzionano proprio così: scaldano un filamento generalmente di carburo di tungsteno, che è un metallo, e poi questo comincia ad emettere luce, E dell’energia che consumano, qualcosa come il 95% la disperdono in calore!!

Lampada a led

I Led invece per produrre luce utilizzano un meccanismo molto più raffinato, infatti la giunzione del led emette come prima cosa luce, e poi il calore è un prodotto di scarto… tant’è vero che se ne produce relativamente poco.

Quindi per fare 2 conti facili: se ho una lampadina da 100 watt, questa tira fuori 5 watt di luce. Se ho una lampadina a led, per fare 5W di luce ne occorrono meno di 10 dalla rete elettrica.

La seconda è  che i LED sono “macchine reversibili”: infatti, se la loro giunzione viene esposta direttamente ad una forte fonte luminosa o ai raggi solari, ai terminali appare una tensione, dipendente dall’intensità della radiazione e dal colore del LED in esame (massima per il blu).
Questa caratteristica viene abitualmente sfruttata nella realizzazione di sensori, un esempio pratico è il menù touch di alcuni televisori, oltre a piccoli inseguitori solari, proprio questa caratteristica sarà alla base di un tutorial che verrà pubblicato a breve sul sito, sotto consiglio di un tweet ricevuto giorni fa :

twitt di richiesta

A presto per nuovi Articoli…..

 

Alcune parti degli articoli sono state prese da queste fonti….

http://it.emcelettronica.com/led-cosa-sono-e-come-funzionano

http://recensioni.ebay.it/UNA-CURIOSA-APPLICAZIONE-DEI-LED_W0QQugidZ10000000011711345

 

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