DispositivosOptoeletrónicos

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LED – Díodo Emissor de Luz

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Constituição

Um led é constituído por uma junção PN de material semicondutor e por dois terminais, o Ânodo (A) e o Cátodo (K).

A cor da luz emitida pelo led depende do material semicondutor que o constitui.

Símbolo:

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Identificação visual dos terminais

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Polarização de um led

O led está directamente polarizado, e emite luz, quando o ânodo está positivo em relação ao cátodo.

O led está inversamente polarizado, e não emite luz, quando o ânodo está negativo em relação ao cátodo.

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Principio de funcionamento

Ao ser aplicada uma tensão que polariza directamente o led ocorre que muitos electrões não têm a energia suficiente para passarem da banda de valência à banda de condução, ficando na zona interdita ou proibida.

Como não podem permanecer nessa zona voltam à banda de valência tendo para esse efeito de perder energia, o que fazem emitindo luz (fotões).

Energia

Banda de valência

Banda proibida

Banda de condução

Luz

Electrão

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Características técnicas

A corrente directa (IF) deverá estar compreendida entre 10 e 100 mA.VF – Tensão máxima de polarização directa. VR – Tensão máxima de polarização inversa.

Led vermelhoMaterial semicondutor que o constitui:Fosfoarsenieto de gálio

VF = 1,6 V VR = 3 V

Led verdeLed amarelo

Material semicondutor que o constitui:Fosforeto de gálio

VF = 2,4 V VR = 3 V

Led infra vermelho

Material semicondutor que o constitui:Arsenieto de gálio

VF = 1,35 V VR = 4 V

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Característica

Normalmente para 10mA já acende Quando o LED é desconhecido considera-se ULED= 2V

Cálculo da intensidade de corrente no LED

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EXEMPLO: TIL 222 LED verde                    VLED = 1,8 : 3 VHá que ver a intensidade da luz, isto é, se funciona bem nesse intervalo de valores. Calculemos a intensidade para os dois 2 extremos:

A diferença da intensidade de corrente é baixa, logo a intensidade de luz varia pouco

A diferença da intensidade de corrente é grande, logo a intensidade de luz varia muito.

O projecto correcto é, sempre que possível, tensão e resistência elevadas.

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Cálculo da resistência a ser ligada em série com o led

A resistência a ser ligada em série com o led tem como função limitar a corrente no led.

Exemplo:

Vamos calcular o valor da resistência limitadora (R1) sabendo-se que a tensão que vai ser aplicada ao circuito (VCC) é de 6Volt, e pretende-se que a tensão

directa aplicada ao led seja de 2 Volt para uma corrente directa de 10 mA.

R=(VCC- VF)/I

R=(6-2)/10x10-3

R=400

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Curva característica

A curva mostra a corrente directa em função da tensão directa.

Observa-se nesta curva que enquanto não se atinge um determinado valor da tensão directa não se inicia a circulação de corrente, e que, ultrapassando o cotovelo da curva a corrente directa aumenta rapidamente de valor ao aumentar ligeiramente a tensão directa.

Ao aumentar a corrente directa a intensidade luminosa do led também aumenta.

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Tipos de ledHá leds de 3, 5, 8 e 10mm de diâmetro, cilíndricos, rectangulares, triangulares, etc. No mercado existem leds:

BicoloresConstituídos internamente por dois led em anti-paralelo.

TricoloresConstituído internamente por dois led(verde e vermelho) ligados com o cátodo comum.

IntermitentesTêm internamente um mini circuito integrado que provoca a oscilação do led.

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Aplicações dos led

Os led são utilizado como elementos indicadores em calculadoras, aparelhos de medida, indicadores numéricos de receptores de rádio, etc.

Fabricam-se individuais ou em conjunto (display de sete segmentos) podendo neste segundo caso representar qualquer caracter.

O display de sete segmentos é constituído por díodos emissores de luz, tantos quantos os segmentos do display.Na figura pode ver-se um display constituído por sete segmentos (cada segmento corresponde a um led) e um ponto decimal (ou seja, é constituído por oito led).

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Display de sete segmentosO cátodo de todos estes díodos emissores de luz é comum, pelo que aplicando uma tensão directa de polarização aos diferentes ânodos se acenderá um ou outro dos segmentos.

Cátodo comumK

a b c d e f g

Combinando ordenadamente as tensões directas aplicadas aos ânodos pode formar-se qualquer caracter.

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Indicador de tensão numa fonte de alimentação.

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Fotodíodo

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Recebe luz, ao contrário do led.

O fotodíodo é um díodo semicondutor no qual a corrente inversa varia com a iluminação que incide sobre a sua junção PN. A corrente que existirá sem nenhuma iluminação aplicada é geralmente da ordem dos 10A nos fotodíodos de germânio e

de 1A nos fotodíodos de silício.

O fotodíodo é polarizado inversamente aproveitando a variação da corrente inversa que se verifica quando a luz incide nele.

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A energia luminosa incidente sobre a lente do fotodíodo concentra-se na junção PN e cria pares lacuna – electrão, dando origem a uma corrente, na presença de uma tensão.

Curva característica típica de um fotodíodo.

(Corrente inversa)

(Tensão inversa de polarização)

Para uma mesma tensão inversa de polarização, a corrente inversa aumenta de valor ao aumentar o fluxo luminoso incidente.

Quando incide luz no fotodíodo, a corrente inversa varia quase linearmente com o fluxo luminoso.

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No fotodíodo interessa que a luz só incida na junção PN. Por isso estão pintadas de negro excepto na junção

Aplicação:

As placas solares baseiam-se nos fotodíodos

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Optoacoplador

Um optoacoplador é um sistema que inclui um LED infravermelho e um elemento sensor (fotodíodo, fototransistor, fototiristor, fototriac) que é activado pelo led quando emite luz. Todo este sistema está contido num circuito integrado como se mostra na figura seguinte :

Se variar a tensão da fonte varia ILED, varia a iluminação que recebe o fotodíodo, e varia a sua corrente. Esta variação de V afecta a corrente I e esta a tensão em RL.

Na realidade este circuito é equivalente a:

Neste caso, o fotodíodo serve para isolar. Evita problemas de ligações directas à carga

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Optoacoplador