Introduzione al LED
Un LED o Light Emitting Diode è un semplice diodo a giunzione PN , realizzato in materiale con maggiore barriera energetica. Quando l'alimentazione viene fornita alla giunzione LED, gli elettroni si spostano dalla banda di valenza alla banda di conduzione. Quando l'elettrone perde energia e torna al suo stato originale, viene emesso un fotone. Questa luce emessa si trova nella banda di frequenza della gamma di frequenza visibile della luce.
GUIDATO
Questo semplice diodo emette luce quando la sua giunzione p-n è polarizzata da una tensione di appena 1 volt. La maggior parte dei LED funziona tra 1,5 volt e 2 volt, ma i tipi ad alta luminosità, in particolare i LED bianco, blu e rosa, richiedono 3 volt per dare la massima luminosità. La corrente attraverso il LED dovrebbe essere limitata a 20-30 milli ampere altrimenti il dispositivo verrà bruciato. I LED bianco e blu possono tollerare fino a 40 milli ampere di corrente.
Diodo a emissione di luce - LED
Il LED ha un chip semiconduttore costituito da un composto di gallio che ha la proprietà di emettere fotoni per influenza della corrente. Il chip è collegato a due terminali per fornire la tensione di alimentazione. L'intero gruppo è incapsulato in una custodia epossidica con i terminali sporgenti. Il cavo lungo del LED è positivo mentre il cavo corto è negativo. In origine, il semiconduttore utilizzato nel LED era il fosfato di arseniuro di gallio (GaAsP) mentre l'aeresnuro di alluminio e gallio (GaAlAs) viene utilizzato oggi nei LED ad alta luminosità. I LED blu e bianchi utilizzano nitruro di gallio di indio (InGaN) mentre i LED multicolori utilizzano diverse combinazioni di materiali per produrre colori diversi. Il LED bianco contiene un chip blu con fosforo inorganico bianco. Quando la luce blu colpisce il fosforo, viene emessa luce bianca.
I LED emettono luce in base all'elettroluminescenza. Il materiale semiconduttore nel LED ha regioni di tipo P e N. La regione p trasporta carichi positivi chiamati fori mentre la regione N rilascia elettroni. Il materiale che emette fotoni è inserito tra gli strati P e N. Quando viene applicata una differenza di potenziale tra gli strati P e N, gli elettroni dello strato N si spostano verso il materiale attivo e si combinano con i buchi. Questo rilascia energia sotto forma di luce dal materiale attivo. In base al tipo di materiale attivo verranno prodotti diversi colori.
8 tipi di LED e il materiale utilizzato in essi
1. Arsenuro di gallio di alluminio - LED a infrarossi
2. Arseniuro di gallio di alluminio, fosfuro di arseniuro di gallio, fosfuro di gallio - LED rosso
3. Fosfuro di gallio di alluminio, nitruro di gallio - LED verde
4. Fosfuro di gallio di alluminio, fosfuro di arseniuro di gallio, fosfuro di gallio - LED giallo
5. Fosfuro di alluminio e gallio indio - LED arancione
6. Nitruro di gallio indio, carburo di silicio, zaffiro, seleniuro di zinco - LED blu
7. Nitruro di gallio di indio a base di nitruro di gallio - LED bianco
8. Nitruro di gallio indio, nitruro di gallio alluminio - LED ultravioletti
8 parametri LED
1. Flusso luminoso: è la quantità di energia dal LED e viene misurata in Lumen (lm) o Milli lumen (mlm)
2. Intensità luminosa - È il flusso luminoso che copre un'area e viene misurata in termini di Candela (cd). La luminosità del LED dipende dall'intensità luminosa.
3. Efficacia luminosa - Indica la luce in relazione alla tensione applicata. La sua unità è lumen per watt (lm w).
4. Tensione diretta (Vf) - È la caduta di tensione attraverso il LED. Va da 1,8 volt in LED rosso a 2,2 volt in LED verde e giallo. Nei LED blu e bianco, è di 3,2 volt.
5. Corrente diretta (If) - È la corrente massima consentita attraverso il LED. Va da 10 mA a 20 mA nei LED normali mentre da 20 mA a 40 mA nei LED bianco e blu. I LED ad alta luminosità da 1 watt richiedono una corrente di 100-350 milli ampere.
6. Angolo di visualizzazione - Viene anche chiamato angolo fuori asse. È la caduta dell'intensità luminosa al valore di metà asse. Ciò si traduce in piena luminosità in piena condizione. I LED ad alta luminosità hanno un angolo di visione stretto in modo che la luce venga focalizzata in un raggio.
7. Livello di energia - Il livello di energia nell'emissione luminosa dipende dalla tensione applicata e dalla carica negli elettroni del semiconduttore. Il livello di energia è E = qV dove q è la carica negli elettroni e V è la tensione applicata. q è tipicamente -1,6 × 1019 Joule.
8. Potenza del LED - È la tensione diretta moltiplicata per la corrente diretta. Se la corrente in eccesso scorre attraverso il LED, la sua durata sarà ridotta. Quindi un resistore in serie, tipicamente da 470 ohm a 1K viene utilizzato per limitare la corrente attraverso il LED.
La resistenza LED può essere selezionata utilizzando la formula Vs - Vf / If. Dove Vs è la tensione di ingresso, Vf è la tensione diretta del LED e If è la corrente diretta del LED.
Necessità di alimentazione CA per pilotare LED
Per applicazioni che comportano bassa potenza come nei telefoni cellulari, è possibile utilizzare l'alimentazione cc per un LED. Tuttavia, per applicazioni su larga scala come i semafori che utilizzano LED, è in realtà scomodo utilizzare DC. Questo perché all'aumentare della distanza la trasmissione di potenza CC contribuisce a maggiori perdite ed è anche piuttosto economico utilizzare dispositivi per la conversione CC-CC. Di conseguenza è più adatto utilizzare l'alimentazione CA per applicazioni di fascia alta come l'accensione di un gran numero di LED.
Condensatore come limitatore di tensione AC
Il condensatore ha la proprietà di opporsi alla variazione della tensione applicata prelevando o fornendo corrente dal circuito, mentre si carica o scarica. La corrente attraverso il condensatore è data come
I = CdV / dt
Dove C è la capacità, dV / dt indica la variazione di tensione. I è la carica tra le piastre per unità di tempo o corrente.
La corrente attraverso un condensatore è una reazione contro la variazione di tensione. Pertanto per una tensione istantanea elevata, la corrente è zero. In altre parole, la tensione ritarda la corrente di 90 gradi. Questa proprietà del condensatore lo rende utilizzabile come riduttore di tensione per l'alimentazione AC. Tuttavia questo dipende dal valore di capacità e dalla frequenza. Maggiore è la frequenza e la capacità, minore è la reattanza.
Applicazione che prevede l'uso di rete CA per pilotare LED
LED o diodi a emissione di luce possono essere azionati direttamente tramite alimentazione di rete CA semplicemente utilizzando la combinazione di un condensatore e un resistore. L'alimentazione principale CA di 220 V viene convertita in CA a bassa tensione utilizzando un trasformatore. Il condensatore viene utilizzato come limitatore di tensione dove come resistenza è il limitatore di corrente. I diodi con alto PIV (1000V) sono utilizzati per proteggere i LED dall'alta tensione.
Normalmente la caduta di tensione su un led bianco è di circa 1,5 V. I LED sono collegati in due combinazioni serie-parallelo. Se vengono utilizzati 12 LED in ciascuna combinazione, la caduta di tensione attraverso la combinazione di LED è di circa 30 V. Il resistore funge da limitatore di corrente e fornisce una caduta di tensione di circa 30V. Quindi con la combinazione di un condensatore e il resistore, è possibile pilotare una serie di LED. Il valore della resistenza dipende dal numero di LED utilizzati. Poiché la potenza nominale del LED è di 15 mA, la corrente attraverso ciascun LED sarà 15 mA e la corrente totale attraverso i due set di combinazioni di LED sarà 30 mA, causando una caduta di tensione di 30 V sul resistore da 1k.
Spero che abbiate un'idea del concetto di LED alimentato dalla rete se avete ulteriori domande su questo argomento o sul concetto dei progetti elettrici ed elettronici, lasciate la sezione commenti qui sotto.
