Leds

Por Gricer Bento

13/05/2025, às 10:36

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É uma sigla para “Diodo Emissor de Luz” (ou “Light Emitting Diode”, em inglês). O LED é um diodo semicondutor (junção P-N), esse componente eletrônico emite luz visível ao transformar energia elétrica em luminosa. A luz não é monocromática (como em um laser), mas consiste de uma banda espectral relativamente estreita e é produzida pelas interações energéticas do elétron. Por isso, a tecnologia tem um leque enorme de aplicações, que vão desde lâmpadas até telões em produções cinematográficas. Dentro do led tem um diodo semicondutor, formado pela junção de dois pequenos cristais de silício, impregnados com diferentes materiais, os quais constituem a assim chamada pastilha (“wafer”) que, por sua vez, são cortadas em micropastilhas (“chips”). Os cristais que formam o diodo possuem carga elétrica em polaridades opostas. No processo, os elétrons que estavam em um terminal se recombinam em lacunas no outro, emitindo fótons (pacotes de energia que compõe a luz). Encontramos um material condutor chamado arseneto de alumínio e gálio (AlGaAs). Dopando-se com fósforo, a emissão pode ser vermelha ou amarela, de acordo com a concentração. Utilizando-se fosfeto de gálio com dopagem de nitrogênio, a luz emitida pode ser verde ou amarela.

 

A história do LED começa em 1927, quando o cientista russo Oleg Lesev publicou as primeiras teorias que levariam ao diodo emissor de luz. No entanto, o primeiro LED com luz visível foi apresentado somente em 1962, por Nick Holonyak. Em 1964, a IBM passou a usar LEDs em computadores, quando ele trabalhava em um laboratório da General Electric em Syracuse, no estado de Nova York. A partir de 2000, as luminárias em LED começaram a ganhar espaço nas ruas das cidades do Brasil.

Quando ligamos um LED em uma fonte de energia, não podemos ligar ele direto, ele deve ser ligado a um resistor limitador de corrente. A corrente com que um LED trabalha é dada pelo fabricante. Geralmente, esta corrente está entre 6 e 20 mA. Para quase todos os tipos de LED a tensão sobre ele é próxima de 2 V. Quando uma corrente elétrica atravessa esses semicondutores, ela estimula os elétrons, que liberam energia na forma de luz. Esse método é altamente eficiente, já que a maior parte da energia é convertida diretamente em luz, tornando-as mais econômicas e duráveis. O LED tem capacidade para funcionar por cerca de 50 mil horas, enquanto a luz incandescente dura cerca de mil horas e a fluorescente dez mil horas, ou seja, não só o consumo será menor, como também se terá uma lâmpada com durabilidade maior. Dentre as muitas vantagens de usar uma lâmpada LED, é o fato dela não aumentar a temperatura do ambiente como acontece quanto utilizamos lâmpadas convencionais – aquelas Incandescentes ou Halógenas. Uma lâmpada LED pode durar de 25.000 a 50.000 horas, e isso faz muita diferença a longo prazo. Outra vantagem é que a lâmpada LED quase não emite raios Ultra Violeta. Como principal desvantagem, além do preço, está o fato de que as lâmpadas LED possuem ângulo de abertura menor. Porem a lista de vantagens da tecnologia LED é extensa: maior durabilidade e eficácia energética; baixo custo de manutenção; não emite raios IV e UV; não atrai insetos; acendimento imediato; apresenta flexibilidade de usos, formas, tamanhos e design; são sustentáveis e 100% recicláveis.

O Led possui dois terminais chamados de ânodo (positivo) e catodo (negativo). Para identificar qual dos, basta observar o tamanho dos terminais. A “perninha” maior do LED é o ânodo, e a menor é o catodo. Se ligar o led de forma invertida, o led não queima só não vai acender, pelo fato de o Led ser um diodo comum, que deixa passar a corrente de um lado e do outro não permite a passagem da corrente. A lâmpada de LED fica piscando mesmo quando está apagada, porque o diodo é sensível ao calor e também a uma série de variações (como tensão e corrente). A maioria dos LEDs resistem (sem queimar) até 3v, porém a durabilidade de seu LED poderá ser reduzida. O recomendado é que acima dessa voltagem deve-se utilizar um resistor, na maioria dos casos há uma regra pouco precisa: 5v use um resistor de 220Ω e 12v use um resistor de 1kΩ. Diferentemente de uma lâmpada de filamento, o LED não “queima” de uma vez e deixa de emitir luz repentinamente. O que acontece é que ele vai perdendo sua capacidade inicial de iluminação.

 

Podemos diferenciar entre quatro tipos básicos de LEDs: LED DIP ou Dual In-Line Package. LED SMD ou Surface Mounted Diode. LED COB ou Chip on Board. Os lúmens (lm) são a quantidade de luz emitida por uma fonte luminosa. Essa característica é chamado também de fluxo luminoso. Quanto maior o número de lúmens, maior é a emissão de luz de uma lâmpada. Devemos ter em mente, porém, que nem sempre o maior valor é o melhor. Hoje, a tecnologia é empregada em dispositivos como semáforos, relógios e calculadoras, além de servir de backlight (luz de fundo) para TVs e monitores de vídeo. Também há LEDs do tipo infravermelho, usados em câmeras, alarmes, e controles remotos. O termo backlight das TV de LED e monitor de LED referem-se a dispositivos com tela LCD retroiluminada por LED. A iluminação de fundo (backlight) é necessária para reproduzir as imagens, pois os cristais líquidos que formam o LCD não emitem luz própria. Os LEDs que formam um backlight podem ser organizados em três arranjos distintos: 

Edge-Lit - Equipamentos com arranjo Edge-lit chegam ao mercado com preço menor em relação a painéis FALD por terem fabricação menos complexa. Além disso, eles tendem a ter espessura menor. Distribui os LEDs somente nas bordas da tela.

Direct-Lit - Têm um painel inteirinho de pequenas lâmpadas logo atrás da tela, o que faz com que essa diferença de luz, de apagar e acender, seja um pouquinho melhor do que nas TVs EDGE LED. Distribui os LEDs por todo o painel.

Full-Array - É uma evolução do Direct-LED, por ter mais LEDs que consequentemente ocupam mais regiões por trás da tela. Faz a distribuição usando um número muito maior de LEDs. Isso resulta em níveis incrementados de brilho e contraste.

Essa configuração tem impacto na tecnologia local dimming (escurecimento local) é um recurso presente em algumas TVs e monitores LCD que reduz a iluminação de áreas da tela para reproduzir preto profundo. Isso melhora cores e contraste, mas o efeito depende do arranjo de LEDs no backlight.

A tecnologia MiniLED  (“diodo emissor de luz em miniatura”) utiliza LEDs em miniatura e em grande quantidade para aumentar o controle sobre a luz da tela. Para isso, os miniLEDs são agrupados em zonas. Elas são sincronizadas com o conteúdo exibido de modo que cada ponto do visor receba luz na medida certa. É possível encontrar backlight de MiniLED em linhas de TVs como LG QNED e Samsung Neo QLED. O MiniLED já é uma enorme evolução da tecnologia de LED tradicional, onde a tela é retro iluminada por muitos pequenos LEDs e utiliza um maior número de LEDs menores para criar uma imagem deslumbrante, a grande diferença é que o MicroLED faz isso com níveis ainda mais avançados, pois utiliza LEDs extremamente. Essa tecnologia ideal para necessidades de projetos de EXTREMA resolução, como por exemplo, para espaços de residências, projeto corporativos, artes e outras aplicações que desejam alcançar a maior perfeição possível de visualização. Diferente dos painéis LEDs convencionais, as TVs com mini LED contam com dezenas de milhares de diodos microscópicos que iluminam diferentes regiões da tela de maneira independente.

Por Gricer Bento 

Técnico em Eletrônica e Informática 

Instagram: https://www.instagram.com/gricerbento/

Proprietário/Técnico da Griço Eletrônica desde de 2001. 

Diodos

Por Gricer Bento

13/05/2025, às 10:36

Os diodos se dividem basicamente em três categorias: os bons condutores, os maus condutores (isolantes) e os semicondutores... os semicondutores são materiais ou elementos naturais que constituem a matéria prima de toda a moderna eletrônica, uma vez que permitem a fabricação dos diodos, transistores, circuitos integrados, etc., a um nível mais sofisticado e miniaturizado.

Ao lado dos transístores, os diodos são componentes muito importante, quase onipresente nos modernos circuitos eletrônicos. Na sua essência, um diodo é um componente muito simples, cuja a única habilidade é permitir a passagem da corrente elétrica num sentido, vetando tal passagem no sentido oposto. O símbolo adotado para representar o diodo nos diagramas de circuitos, diz muito dessa sua habilidade ou propriedade, uma seta, dando a nítida idéia da “mão única” que o componente oferece. Seus terminais são denominados Ánodo (A) e o Cátodo (K) e diversas codificações são adotadas pelos fabricantes para indicar claramente esses terminais.

O modelo mais comum tem uma pequena faixa ou anel, em cor constante, indica sobre o corpo cilíndrico do componente, a posição do terminal de catodo (K). A corrente elétrica é uma espécie de fluxo ou deslocamento dos elétrons, esse fluxo se desenvolve através de qualquer condutor ou componentes, emfim, através de um circuito. Para que possa conduzir ou permitir a passagem dos elétrons, um material qualquer deve apresentar elétrons livres, ou seja, uma estrutura atômica muito rígida, praticamente sem elétrons livres dificultam enormemente a passagem da corrente, já que os tais elétrons livres funcionam como portadores da corrente, como que levando-a através da estrutura atômica do material.

Já os materiais semicondutores apresentam especiais características físicas. O germânio e o silício são semicondutores dos mais usados em eletrônica. Em estado natural esses elementos são quase isolantes, principalmente sob temperaturas normais ou ambiente. Entretanto, se aquecidos, tais elementos permitem a passagem da corrente com mais facilidade.

 

Adicionando industrialmente determinadas impurezas à estrutura dos germânios ou do silício, é possível, por exemplo, fazer com que tais materiais passem a conduzir a corrente como um metal, através dos elétrons livres. Os poderes dos diodos, não são, contudo, infinitos. Como todo e qualquer componente eletro/eletrônico, os diodos também tem seus limites ou parâmetros, que não podem ser ultrapassados na prática, sob pena de dano ao componente. Os principais limites dos diodos são:

- Máxima Corrente Direta (IF), ou seja, a maior corrente que o componente permite transitar, quando polarizado no sentido direto.

-Máxima Tensão Reversa (VR) ou seja, a maior voltagem que o diodo é capaz de segurar, quando polarizado em sentido inverso.

Esses parâmetros são os mais importantes e devem sempre ser levados em conta. Os dados do IF e VR, normalmente, apenas podem ser obtidos nos próprios catálogos dos fabricantes. Precisamos saber usar as características e limites dos diodos. O parâmetro máximo corrente direta (IF) de um determinado diodo deve ser sempre maior do que a corrente que realmente percorrerá o componente, sob funcionamento normal e constante, no circuito ou dispositivo no qual esteja instalado. Como normal geral, devemos utilizar um diodo com IF de 1,5 a 2 vezes maior do que a corrente real calculada ou medida no circuito. Se isso não for respeitado, o componente irá se aquecer e, sob funcionamento prolongado, terminará queimando-se. Assim, por exemplo, se um cálculo ou medição determinar uma corrente real de 0,6ª num certo diodo, devemos usar um componente com IF de 1ª, para dar a devida folga e garantia de funcionamento sem problemas.

Também o parâmetro máxima tensão reversa (VR) deve ser consideravelmente maior, na prática, do que o valor calculado ou medido. A margem de segurança recomendada é também de 50% a 100% (1,5 a 2 vezes), com que o diodo que deva segurar uma tensão inversa de, por exemplo 400V, convém que apresente um uma VR de 1000V, e assim por diante.

A queda de tensão natural dos diodos, é outro parâmetro ou característica que embora muito raramente mencionado, tem certa importância em algumas aplicações. A Queda de Tensão Direta (VF), que nada mais é do que um certo degrau ou roubo de tensão que os diodos automaticamente promovem na voltagem originalmente a eles aplicada. Isso se deve a necessidade de ser vencida a barreira de potencial da junção semicondutora. Nos diodos do germânio, essa queda de tensão, no sentido direto, situa-se geralmente entre 0,2 e 0,4 volts, enquanto que nos componentes de silício pode ficar entre 0,6 e 1,0 volts.

Esse parâmetro (VF) também consta dos manuais e data books dos fabricantes, porém como essa característica é mais ou menos fixa ao lardo de diodos para ampla gama de tensões e corrente.

Parâmetros do Diodo

Muita coisa importante pode ser feita a partir do poder que o doido tem de permitir a passagem da corrente elétrica num só sentido, vedando-lhe a passagem no sentido inverso. Tais poderes não são, contudo, infinitos, como todo e qualquer componente eletrônico, os diodos também tem seus limites ou parâmetros, que não podem ser ultrapassados na prática, sob pena de dano ao componente! Os principais limites dos diodos são:

Máxima Corrente Direta (IF), ou seja, a maior corrente que o componente permite transitar, quando polarizado no sentido direto.

Máxima Tensão Reversa (VR) ou seja, a maior voltagem que o diodo é capaz de segurar, quando polarizado em sentido inverso.

Esses parâmetros são os mais importantes e devem ser sempre ser levados em conta, nas experiências, projetos ou aplicações. Os dados de IF e VR, normalmente, apenas podem ser obtidos nos próprios catálogos dos fabricantes, ou nos manuais ou data books.

Vamos repassar os tipos e códigos mais usados no dia-a-dia, ao lado de seus parâmetros principais e dados sobre aplicações típicas.

DIODOS DE BAIXO SINAL

CÓDIGO	MATERIAL	VR (V)	IF (A)	APLICAÇÕES TÍPICAS
1N34	Germânio	60	0,25	Demodulação de RF
1N60	Germânio	60	0,25	Demodulação de RF
1N66	Germânio	60	0,25	Demodulação de RF
OA90	Germânio	30	0,03	Demod. RF e apli. Gerais
OA91	Germânio	115	0,05	Aplic. Gerais
1N914	Silício	75	0,075	Aplic. Gerais/ alta veloc.
1N916	Silício	75	0,075	Aplic. Gerais/ alta veloc.
IN4148	Silício	75	0,2	Aplic. Gerais/ alta veloc.
1N4448	Silício	75	0,2	Aplic. Gerais/ alta veloc.

DIODOS RETIFICADORES

CÓDIGOS	MATERIAL	VR (V)	IF (A)	APLICAÇÕES TÍPICAS
1N4001	Silício	50	1	Retificação/ aplic. gerais
1N4002	Silício	100	1	Retificação/ aplic. Gerais
1N4003	Silício	200	1	Retificação
1N4004	Silício	400	1	Retificação
1N4007	Silício	1000	1	Retificação
1N5400	Silício	50	3	Retificação/alta corrente
1N5401	Silício	100	3	Retificação/alta corrente
1N5402	Silício	200	3	Retificação/alta corrente
1N5403	Silício	300	3	Retificação/alta corrente
1N5404	Silício	400	3	Retificação de potência
1N5406	Silício	600	3	Retificação de potência
BY126	Silício	650	1	Retificação
BY127	Silício	1250	1,5	Retificação

Esses dois grupos básicos de diodo oferecem uma boa margem de escolha para as aplicações típicas, em experiências, montagens definitivas e projetos. O parâmetro máxima corrente direta (IF) de um determinado diodo deve ser sempre maior do que a corrente que realmente percorrerá o componente, sob funcionamento normal e constante, no circuito ou dispositivo no qual esteja instalado. Como norma geral, devemos utilizar um diodo com IF de 1,5 a 2 vezes maior do que a corrente real calculada ou medida no circuito. Se isso não for respeitado, o componente irá se aquecer e, sob funcionamento prolongado, terminará por queimar-se. Assim, por exemplo, se um cálculo ou medição determinar uma corrente real de 0,6ª num certo diodo, devemos usar um componente com IF de 1ª, para dar a devida folga e garantia de funcionamento sem problemas.

Também o parâmetro máxima tensão reversa (VR) deve ser consideravelmente maior, na prática, do que realmente calculado ou medido (tensão real). A margem de segurança recomendada é também de 50% a 100% (1,5 a 2 vezes...), como o que um diodo que deva segurar uma tensão inversa de, por exemplo, 400V convém que apresente uma VR de 1000V, e assim por diante. O não cumprimento desse preceito poderá gerar a queima do diodo a qualquer transiente (surto momentâneo de sobre-tensão).

Por falar em transientes, é bom lembrar que esse nome esquisito representa o imponderável, o imprevisível, o imedível, onde num determinado circuito, cujo funcionamento tenha sido rigorosamente parametrado e calculado, usamos um diodo (exemplo) para 1000V, sabemos previamente, que a máxima tensão real que o diodo deve aguentar será de aproximadamente 500V. Se o dispositivo for alimentado diretamente pela rede C.A  e esta, numa noite de tempestade, receber uma descarga elétrica atmosférica e os dispositivos de aterramento e proteção da própria Cia. De Eletricidade local não estiverem perfeitos, na ocasião, bye bye diodo (e, provavelmente, bye bye também para tudo o mais que estiver ligado à tomada). É certo que o exemplo ilustra uma ocorrência radical, e contra a qual literalmente não há defesa. Entretanto, outros transientes não tão bravos, mais ainda assim fortes o suficiente para estourar componentes cujos parâmetros não estejam devidamente folgados, podem ocorrer devido a causas diversas: um momentâneo curto na rede elétrica, um contato indevido (gerado pelo vento movimentando fios cujos isolamentos já tenham ido para a “cucuia”, entre cabagens de 110 ou 220 volts e outras que conduzam tensões industriais, muito mais altas. E assim por diante.

E justamente para tentar prever o imprevisível que damos margens ou golga na parametragem dos limites básicos dos componentes, em qualquer situação ou aplicação! Só em casos muito emergenciais e provisórios admite-se o uso de componentes com parâmetros de tensão e corrente muito próximos do nominal.

A Queda de Tensão do Diodo

A queda de tensão do diodo é natural, é um outro parâmetro ou característica, embora muito raramente mencionado nas lições sobre componentes, tem certa importância em algumas aplicações e, portanto, deve também ser levada em conta. A chamada Queda de Tensão Direta (VF), que nada mais é do que um certo degrau ou roubo de tensão que os diodos automaticamente promovem na voltagem originalmente a eles aplicada. Isso se deve à necessidade de ser vencida a barreira de potencial da junção semicondutora.

Nos diodos de germânio, essa queda de tensão, no sentido direto, situa-se geralmente entre 0,2 e 0,4 volts, enquanto que nos componentes de silício pode ficar entre 0,6 e 1,0 volts. Um diodo de silício, no percurso de uma corrente, determinará automaticamente uma queda de tensão entre 0,6 e 1,0 volts, devido ao seu parâmetro inerente VF. Um conjunto de pilhas, perfazendo 6 volts totais, tem seus terminais aplicados a uma utilização qualquer, via diodo de silício, fazendo com que a tensão real disponível fique entre 5,0 e 5,4 volts e não 6 volts que eram de se esperar, uma vez que o dito está polarizado no sentido direto). Outro exemplo, uma fonte de tensão capaz de fornecer o,5 volts, aplicada a uma utilização qualquer, através de um diodo de silício, simplesmente não consegue vencer a queda de tensão natural do diodo (entre 0,6 e 1,0 volts) e assim nada passa, mesmo polarizado em sentido direto, funciona como um isolador absoluto, igualzinho ele estivesse polarizado inversamente.

Esse parâmetro (VF) também consta dos manuais e data books dos fabricantes, porém como essa característica é mais ou menos fixa ao largo de diodos para ampla gama de tensões e corrente, existindo uma diferença mais sensível apenas no que diz respeito ao material semicondutor empregado na fabricação do componente, basta sempre levar em consideração que: Diodos de germânio derruba (VF) de 0,2 a 04 volts e Diodos de silício derrubam de 0,6 a 1,0 volts. Na maioria das aplicações, não críticas, e quase sempre com sobra de tensão para a respectiva utilização, esse parâmetro ou característica pode até ser esquecido. 

PONTES DE DIODOS

Organizamos na forma que se convencionou chamar de ponte, os fabricantes oferecem esse conjunto de diodos num só encapsulamento, como se fosse um único componente, dotado de 4 pernas, para as montagens, projetos e implementações, tais super-componentes tornam-se bastante práticos. O diodo sozinho pode fazer o trabalho de retificar uma corrente alternada, deixando passar a dita corrente apenas quando a polaridade se apresenta no sentido direto.

Se ligarmos 4 diodos, aplicando-se tensão, sob qualquer polaridade, na saída do arranjo teremos polaridade fixa e invariável. Com isso, pode ser aplicada C.C de qualquer polaridade, ou principalmente C.A., apresentando-se sempre com as polaridades indicadas. Supondo que “A” está positivo e “B” negativo, D2 e D3 estarão polarizados no sentido direto, enquanto que D1 e D4 estarão inversamente polarizado. É só seguir as setas para verificar a polaridade na saída do sistema. Quando “A” estiver negativo, e “B” positivo, então D4 e D1 estarão polarizados no sentido de condução, enquanto que D2 e D3 não conduzirão, por estarem inversamente polarizados. Se a corrente aplicada ao ponto A-B for alternada, a saída continuará sob polaridade fixa, apenas que a corrente se manifestará em pulsos e não de forma contínua.

Os fabricantes oferecem esse arranjo num encapsulamento único, quase sempre com os terminais identificados da seguinte maneira: uma “senóide” (forma de onda de corrente alternada) para os dois terminais de entrada e (+) e (-) para os terminais de saída. Não se esqueça que pontes desse tipo são formadas por diodos, e que diodos têm parâmetros e limites, portanto as pontes também os têm. Obviamente que, uma vez calculado ou parametrado um componente, limite, valor de tensão, corrente, resistência, capacitância, potência, etc., quanto mais perto desse valor pudermos chegar, na prática, melhor.

No dia-a-dia da eletrônica, contudo, muitos dos circuitos e aplicações são não críticos, admitindo margem relativamente larga de variação em parâmetros e valores, sem que isso venha a influenciar substâncias no funcionamento ou comportamento esperado do dispositivo. Embora capacitores, resistores e todos os demais componentes tenham suas tolerâncias naturais na grande maioria dos casos, esse fator não é mencionado. Quando isso ocorre, é porque tal fatos não é importante, podendo ser usado, no item, um componente com qualquer das tolerâncias ou margens de erro existentes no mercado. Se for solicitado um resistor de 1K x ¼ watt x 10%, por exemplo, não pode ser aplicado um componente de 1K x ¼ watt x 20%, tem que ser de 10% ou melhor um para 5% ou 1% pode ser colocado.

Por Gricer Bento 

Técnico em Eletrônica e Informática 

Instagram: https://www.instagram.com/gricerbento/

Proprietário/Técnico da Griço Eletrônica desde de 2001.