O que é um LED?

LEDs

Continuando a nossa trajetória sobre os componentes básicos da eletrônica, vimos o que são resistores, diodos  e  capacitores, agora vamos entender o que são os LEDs, qual é a função deles, como funcionam e onde eles são utilizados.

Eu tenho certeza que você já viu os LEDs em muitas placas eletrônicas, dispositivos eletrônicos e afins, mas você conhece o princípio do funcionamento deles ou como se parecem?

Esses são os LEDS, podemos encontra-los em diversas cores e modelos, veremos isso mais adiante.

O que é um LED?

Um LED é um diodo emissor de luz (Light Emitting Diode), se você conferiu o nosso tutorial sobre diodos será extremamente simples compreender o funcionamento dos LEDs, caso você não tenha visto, eu recomendo que você veja antes de continuar com essa leitura, pois a compreensão do funcionamento de um diodo é essencial, tendo em vista que o LED é um diodo que emite luz.
O LED realiza um procedimento eletroquímico chamado de eletroluminescência, que é quando um material emite resposta luminosa se percorrido por uma corrente elétrica. Em resumo, o LED é como uma pequena lâmpada.
Como veremos mais adiante, um LED pode ser produzido em muitas cores e é utilizado principalmente como indicador luminoso em projetos eletrônicos, estando presente em quase todos os dispositivos eletrônicos para indicar que os mesmos estão energizados.

Em um diagrama elétrico os LEDs são graficamente representados de forma semelhante ao diodo comum, a diferença está nas setas da simbologia, que expressam o processo de emissão de luz.

Como funciona um LED?

Como mencionado, o LED é um diodo, ou seja, ele é formado por duas bandas de material semicondutor, uma das bandas é dopada para se tornar eletricamente carregada positivamente e outra é dopada negativamente, lembrando que chamamos de processo de dopagem quando inserimos impurezas em um material puro. Depois de dopadas, a banda positiva é unida a banda negativa, dessa forma o LED conta com um polo positivo (com ausência de elétrons - lacunas) e outro negativo (com excesso de elétrons).

Imagem retirada do tutorial sobre diodos

Para que um LED funcione corretamente, primeiramente é necessário que a polarização esteja correta, pois o princípio do funcionamento do LED é de elétrons livres que fluem do polo eletricamente carregado para o polo com lacunas de elétrons. Para que isso ocorra você deve ligar o terminal positivo do LED no VCC e o negativo no GND do seu circuito, do contrário não haverá condução e isso prejudicará todo o restante do circuito. A identificação de polos de um LED pode ser feita pela estrutura do corpo do mesmo, da forma demonstrada:

Imagem do site: http://tecnosolution.blogspot.com/2013/09/eletronica-conhecendo-o-led.html

O polo positivo (anodo) conta com maior haste metálica para a ligação com a placa, além de encapsulamento plástico circular do lado positivo, enquanto o lado negativo (catodo) apresenta menor haste de contato e estrutura plástica chanfrada, como ilustrado.

Além de se atentar a polarização do LED, é importante que a tensão esteja dentro dos parâmetros exigidos, a tensão deve ser suficiente para mover os elétrons de uma região para outra, liberando um fóton.
A corrente que percorre um LED é diretamente proporcional à luz emitida, ou seja, LEDs de alto brilho drenam mais energia da fonte, no entanto, o brilho de um LED pode ser controlado pela corrente que circula por ele, se inserirmos um trimpot (resistor ajustável), teremos um dimmer controlando a intensidade de iluminação. No entanto, se tivermos uma tensão dissipada maior do que o LED é capaz de tolerar, isso fará com que o componente queime, por isso é necessário fazer o dimensionamento do resistor para que a tensão do LED esteja de acordo com os parâmetros, a tabela com os valores de tensão para um LED de acordo com a cor pode ser vista abaixo:

Para realizar o dimensionamento do resistor para que supra as exigências do LED, devemos levar em consideração a tabela e os valores do nosso circuito. Vamos imaginar que eu quero fazer um projeto com um LED vermelho, de acordo com a tabela, o LED trabalha com tensão de 1,8V a 2V e a minha fonte de alimentação é de 5V.

Considerando que eu quero uma tensão de 1,8V no LED, que é a tensão mínima exigida para funcionamento, eu calcularei a queda de tensão necessária no resistor. A soma da queda de tensão em todos os componentes de um circuito deve ser igual a tensão de alimentação desse circuito, então a tensão de bateria (Vbat) deve ser igual a soma da tensão do resistor (VR1) com a tensão do LED (VD1). 

Sabendo que a queda de tensão no resistor deve ser de 3,2V e que a corrente do circuito é de 20mA, eu posso utilizar a Lei de Ohm para descobrir qual é o valor do meu resistor.

Então o meu resistor precisa ser de 160Ω, analisando a lista de resistores comercializados, podemos ver que há um resistor com esse valor, mas se chegássemos em um valor não disponível no mercado, poderíamos utilizar um resistor de valor próximo.

Como visto, a tensão do LED é alterada de acordo com a cor, isso ocorre porque o que define a cor do LED é o material utilizado para realizar o processo de dopagem do mesmo, ao utilizar elementos diferentes teremos características diferentes no que diz respeito a tensão necessária para o transporte do elétron para o outro polo, os materiais utilizados para a produção do LED de cada cor podem ser vistos na tabela abaixo:

Como mencionado, as características de um LED são alteradas de acordo com a cor, isso também é válido para o comprimento da onda emitida. Os comprimentos das ondas são medidos em nanômetros (nm), esses valores podem ser vistos na tabela:

Já mencionamos nesse tutorial como são produzidas as cores dos LEDs, mas não mencionamos o que são os LEDs RGB e como funcionam.

Os  LEDs RGB ( R- Red, G- Green, B- Blue) trabalham com o princípio da mistura aditiva de cores. Cada LED desse modelo conta com três pequenos LEDs: Vermelho, Verde e Azul em seu interior.

Quando as cores são combinadas é criada uma enorme variedade de cores se alterada a intensidade de cada LED interno individualmente, isso pode ser feito através do controle PWM dos LEDS vermelho, verde e azul.

Os LEDs RGBs são divididos em dois tipos: com catodo comum e anodo comum. Os LEDs com anodo comum contam com o terminal comum conectado ao VCC. Enquanto o modelo com catodo comum tem o terminal ligado ao negativo.

Imagem do site: https://www.iomaker.com.br/controle-de-led-rgb-utilizando-placa-arduino-uno-e-chaves-dip-switch/

Para teste do LED

Para testar um LED, você pode conectá-lo a uma bateria do tipo moeda CR2032, não é necessário o uso de um resistor, pois a corrente da bateria não é suficiente para queimar o LED, então você deve apenas se atentar em ligar o positivo do LED com o positivo da bateria, como demonstrado:

https://learn.sparkfun.com/tutorials/light-emitting-diodes-leds/all

Outra opção de teste sem o resistor é com o multímetro, o procedimento é semelhante ao teste do diodo. O multímetro deve ser configurado para teste de continuidade.

Depois de selecionar essa opção no multímetro, o LED deve ter a sua haste positiva conectada a ponta vermelha do multímetro, enquanto a haste negativa deve ser conectada a ponta preta, dessa forma é possível testar a continuidade.

Qual é a função do LED?

Como citado, a função do LED é emitir um sinal luminoso quando percorrido por corrente elétrica, um LED pode ser encontrado em muitas formas, como pode ser visto abaixo:

LED Difuso: Esse modelo conta com encapsulamento plástico fosco e normalmente em formato de bulbo, por ser opaco, a luz se espalha de uma forma mais uniforme do que outros tipos, além disso, a cor do encapsulamento é a mesma do LED, então mesmo quando o LED está apagado conseguimos distinguir a cor deste.

LED RGB: Como explicado no tópico anterior, o LED desse modelo é composto por três LEDs em seu interior, esses são nas cores: Vermelho (RED-R), Verde (Green-G), Azul (Blue-B), cada cor pode ser controlada individualmente, tornando possível a criação de novas cores através da combinação. Esse modelo pode ser comercializado de forma difusa, de alto brilho e SMD, além disso é disponibilizado nos tipos: anodo comum e catodo comum.

LED Bicolor:  Semelhante ao LED RGB, com a diferença de contar com duas cores que podem ser energizadas individualmente ou em conjunto, criando uma terceira cor.

LED IR (Infrared/Infravermelho): O LED emissor de luz infravermelha, emite luz invisível  aos olhos nus, normalmente esse LED é utilizado para transferência de dados, essa luz é enviada pelo LED emissor e é recebida pelo LED receptor. Normalmente é utilizado em dispositivos como controles remotos.
 
LED Alto-Brilho: Nesse tipo de LED o encapsulamento é cristalino e incolor, então a cor do LED só é descoberta depois da energização, apresenta brilho maior do que o LED comum e normalmente é utilizado em lanternas, principalmente porque a luz é focada.

LED Retangular: O LED do tipo retangular é um LED difuso com encapsulamento retangular, apenas a estrutura é diferente, de forma a abranger outras ideias de projetos.

LED SMD: O LED SMD basicamente é a forma de encapsulamento do LED, todos os LEDs descritos podem ser encontrados na forma SMD, que consiste no LED em tamanho reduzido para projetos de pequena escala.

Exemplo de uso de um LED

Os LEDS são amplamente utilizados e estão presentes em quase todos os projetos eletrônicos, a sua alta eficiência e tamanho reduzido faz com que seja um componente praticamente essencial em placas e dispositivos. Sempre que você ver um produto eletrônico com um ponto aceso, você pode ter certeza que ali existe um LED.

Entre os usos mais comuns do LED, podemos citar formas de decoração como: pisca-pisca natalino, fitas de LED para decorar quinas de bancadas, tetos, estantes... Cortinas de LED, roupas com tecido luminoso, refletor para piscina, luminárias de jardim, varal de leds, entre outros. Além do uso para  decoração, os LEDs são essenciais em eletrônicos e em placas para indicar se estão ligados ou desligados. Outrossim, o LED também é utilizado em lâmpadas residenciais, os spots apresentam maior vida útil e maior eficiência se comparados à lâmpadas comuns.

Conclusão

No tutorial entendemos o que são LEDS, vimos a simbologia elétrica deles, aprendemos que o LED é um diodo emissor de luz, ou seja, o funcionamento é semelhante ao do diodo. Aprendemos a dimensionar um resistor de acordo com a tensão exigida pelo LED, dessa forma impedimos que o componente seja danificado por excesso de corrente. Também vimos os principais LEDs disponíveis no Mercado e onde eles são utilizados.

Para qualquer dúvida ou sugestão, entre em contato conosco pelos comentários.
Um grande abraço :)