Eletrônica - Parte 5
Diodos LED (Diodos emissores de luz)
A seguir, foto de LED azul (encapsulamento transparente) diâmetro de 5 mm. A corrente aplicada foi minimizada, por isso o fluxo luminoso do LED está diminuido na foto.
O componente anterior é um LED usado para sinalização. Também há LEDs destinados para uso em iluminação, veja foto a seguir.
Com relação ao modo de soldagem em placa de circuito impresso, há LEDs "TH" ("through-hole") e "SMD/SMT" ("Surface Mounted Devices"). A primeira figura/foto é um modelo TH, na segunda figura são LEDs de modelo SMD/SMT.
O símbolo do diodo LED é apresentado a seguir. Note que ele tem terminais denominados "anodo" (A) e "catodo" (K).
A aparência de um LED de sinalização é mostrada a seguir. Nos detalhes internos temos as estruturas de anodo (A), catodo (K) e conexão com o material semicondutor emissor de luz, além do encapsulamento semitransparente.
Circuito com LED e resistor limitador de corrente.
A seguir gráficos obtidos através de medições de tensões e correntes em diodos emissores de luz (LEDs). Para baixar o arquivo de planilha, clique aqui.
Medições feitas em temperaturas ambiente de 20 a 25 graus celsius. "Warm-up time" de 15min a 1h com corrente de 10mA em cada LED.
Gráfico de tensão versus corrente, com abscissa e ordenada lineares (eixos "x" e "y" lineares), de cinco LEDs vermelhos e um laranja. A curva mais próxima a uma exponencial corresponde ao LED laranja (10 milímetros de diâmetro). Curva que atinge maior tensão corresponde a um LED vermelho de baixo brilho ("BB") de 5mm. Denominação "VM_5mm_translú_1_AB" significa LED vermelho, de 5mm de diâmetro, translúcido, de alto brilho.
Gráfico a seguir tem a ordenada (eixo "y") em escala logarítmica. Assim é possível observar o comportamento da tensão em situações de baixas correntes. Os valores são os mesmos do gráfico anterior. LEDs vermelhos e um laranja.
Gráficos tensão versus corrente de cinco LEDs amarelos. A curva com menores quedas de tensões é muito próxima a uma exponencial; corresponde ao LED transparente de 5mm de alto brilho (primeiro na legenda). Os seus valores são praticamente iguais aos do LED laranja; veja gráficos anteriores e planilha.
A seguir, gráficos linear e logarítmico de LEDs verdes; tensão versus corrente. São dois LEDs "verdes-amarelados" translúcidos (o plástico translúcido do encapsulamento é verde; luz resultante fica entre amarelo e verde), e quatro LEDs de cor verde.
Gráficos das quedas de tensões de quatro LEDs azuis. Um deles tem cor "azul-esverdeada" (ciano) e atingiu a maior tensão nos experimentos; primeiro na legenda. O terceiro LED na legenda produziu luz azul tendendo a violeta (roxo).
Note que quanto mais a luz emitida tende para o violeta as quedas de tensões sobre os diversos LEDs tendem a ser maiores. E quanto mais as cores emitidas tendem para o vermelho as tensões são menores.
Os LEDs rosas e branco apresentam tensões maiores que os LEDs azuis; comparar gráficos anteriores e a seguir. A denominação "Branco TH" se refere a: LED branco com encapsulamento "through-hole" (significa "através do furo" - os terminais devem passar pelos furos da placa de circuito impresso). Todos os LEDs testados até aqui são do tipo TH, porém, os LEDs brancos têm aplicação em larga escala para iluminação; especialmente LEDs brancos SMD/SMT.
LEDs infravermelhos apresentam as menores quedas de tensões em relação a todos os outros LEDs. Considerando correntes entre 2 mA e 16 mA as tensões medidas ficaram entre 1,1 V e 1,2 V. Luz infravermelha é invisível a olho nú. Uma aplicação de LEDs infravermelhos é em controles remotos.
As maiores tensões foram alcançadas em LEDs ultravioleta / violeta. O espectro de emissão destes LEDs têm parte de luz violeta e também ultravioleta, esta última é invisível a olho nú.
O gráfico a seguir a corrente está em escala logarítmica. Ele apresenta as curvas de 18 LEDs, além de "retas de carga". No gráfico é possível observar o comportamento assintótico e as inclinações semelhantes entre as diversas curvas. Nessa visão geral, se pode perceber as diferenças de tensões com relação as cores dos LEDs.
No gráfico linear a seguir também é possível ter uma visão geral do comportamento das tensões e correntes dos LEDs testados, na polarização direta. Também há dois exemplos de retas de carga. Uma com tensão de alimentação de 5,0V e resistor limitador de 420 ohms (Reta_carga_1) e outra reta com tensão de alimentação de 3,7V e resistor de 180 ohms (Reta_carga_2).
O conjunto de medições feitas anteriormente apresentou erro de inserção significativo quando as correntes injetadas nos LEDs eram iguais ou inferiores a 2µA. Os multímetros (voltímetros digitais) aqui utilizados tem resistência de entrada da ordem de 10MΩ. Os valores mínimos de correntes ficaram em 4µA nos gráficos anteriores.
Foram realizadas mais medições de tensões e correntes em LEDs. Porém com auxílio de circuito com amplificador operacional de alta resistência de entrada, da ordem de 10TΩ; amplificador de precisão OPA345UA, usado como "buffer analógico de ganho unitário". Isto diminui o erro provocado pela influência dos instrumentos de medição (voltímetros).
A seguir são apresentados gráficos com valores e curvas de tensões, correntes e resistências equivalentes de LEDs. Os valores de correntes mínimos são da ordem de dezenas de pico-ampères (pA), e o máximo para LEDs de 16mA; máximo para diodo zener de 3,3V de 100mA.
A planilha com dados das medições originais pode ser acessada aqui.
As limitações de correntes mínimas apresentadas no gráfico acima são devidas a corrente de fuga ("leakage current") que flui da entrada do amplficador operacional OPA345 para o LED sob teste. Essa corrente varia com a temperatura e tensão na entrada não-inversora do amplificador. A tensão de alimentação do OPA345 foi de 5,0 volts. As correntes mínimas foram da ordem de 5pA a 50pA.
As correntes mínimas foram corrigidas com ajuda das planilhas. Para entender como foram obtidos estes valores e plotadas as curvas, se pode observar os gráficos individuais, no link a seguir novos graficos clique aqui.
Note no gráfico acima que, além dos LEDs, foi testado o comportamento de um diodo zener de 3,3V x 1W, nas polarizações reversa e direta.
Diodos Zener
Circuito regulador de tensão tipo paralelo.