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Qué hay dentro de un Led




Enviado por don_ramon



    Los LEDs son diodos que emiten
    luz cuando son
    conectados a un circuito.

    Su uso es frecuente como luces "piloto" en aparatos
    electrónicos para indicar si el circuito está
    cerrado.

    Los elementos componentes son transparentes o
    coloreados, de un material resina-epoxi, con la forma adecuada e
    incluye el corazón de
    un LED: el chip semiconductor.

    Los terminales se extienden por debajo de la
    cápsula del LED o foco e indican cómo deben ser
    conectados al circuito. El lado negativo está indicado de
    dos formas: 1) por la cara plana del foco o, 2) por el de menor
    longitud. El terminal negativo debe ser conectado al terminal
    negativo de un circuito.

    Los LEDs operan con un voltaje relativamente bajo, entre
    1 y 4 volts, y la corriente está en un rango entre 10 y 40
    miliamperes. Voltajes y corrientes superiores a los indicados
    pueden derretir el chip del LED. La parte más importante
    del "light emitting diode" (LED) es el chip semiconductor
    localizado en el centro del foco, como se ve en la
    figura.

      El chip tiene dos regiones separadas por una
    juntura. La región p está dominada por las cargas
    positivas, y la n por las negativas. La juntura actúa como
    una barrera al paso de los electrones entre la región p y
    la n; sólo cuando se aplica el voltaje suficiente al chip
    puede pasar la corriente y entonces los electrones pueden cruzar
    la juntura hacia la región p.

    Si la diferencia de potencial entre los terminales del
    LED no es suficiente, la juntura presenta una barrera
    eléctrica al flujo de electrones.

    ¿QUÉ
    CAUSA LA EMISIÓN DE LUZ DE UN LED Y
    QUÉ DETERMINA EL COLOR DE LA
    LUZ?

    Cuando se aplica una ddp al chip del LED los electrones
    pueden moverse fácilmente sólo en una dirección a través la juntura entre
    p y n. En la región p hay muchas cargas positivas y pocas
    negativas. En cambio en la
    región n hay más cargas negativas que positivas.
    Cuando se aplica tensión y la corriente empieza a fluir,
    los electrones en la región n tienen suficiente
    energía para cruzar la juntura hacia la región p.
    Una vez en ésta, los electrones son inmediatamente
    atraídos hacia las cargas positivas, de acuerdo a la
    ley de
    Coulomb, que dice que fuerzas opuestas se atraen. Cuando un
    electrón se mueve lo suficientemente cerca de una carga
    positiva en la región p, las dos cargas se
    recombinan.

    Cada vez que un electrón se recombina con una
    carga eléctrica positiva, energía
    eléctrica potencial es convertida en energía
    electromagnética. Por cada una de estas recombinaciones un
    quantum de energía electromagnética es emitido en
    forma de fotón de luz con una frecuencia que depende del
    material semiconductor. Los fotones son emitidos en un rango de
    frecuencia muy estrecho que depende del material del chip; el
    color de la luz
    difiere según los materiales
    semiconductores y requieren diferentes ddp para
    encenderlos.

    ¿CUÁNTA ENERGÍA LIBERA UN
    LED?

    La energía
    eléctrica es proporcional a la ddp que se necesita
    para hacer que los electrones fluyan a través de la
    juntura p-n. Son predominantemente de un solo color de luz. La
    energía (E) de la luz emitida por un LED está
    relacionada con la carga eléctrica (q) de un
    electrón, y el voltaje (v) requerido para encenderlo se
    obtiene mediante la expresión E= q x V . Esta
    expresión dice simplemente que el voltaje es proporcional
    al la energía eléctrica y es una regla general que
    se aplica a cualquier circuito, como el LED. La constante q es la
    carga eléctrica de un solo electrón: – 1,6 x 10 exp
    –19 Coulomb.

    ENCONTRANDO LA
    ENERGÍA DESDE EL VOLTAJE

    Supongamos que se ha medido el voltaje a través
    de los terminales del LED, y Ud. desea averiguar la
    energía necesaria para prender al LED. Supongamos que
    tiene un LED rojo y que la ddp entre los terminales es de 1,71
    volts; la energía requerida para prender el LED es E= q x
    V ó

    E= -1,6 x 10 exp –19. 1,71 Joule, dado que
    Coulomb / Volt es un Joule. La multiplicación de estos
    números nos dan E= 2,74 x 10 exp –19
    Joule.

      

    ENCONTRANDO LA
    FRECUENCIA DESDE LA LONGITUD DE ONDA DE LA LUZ

    La frecuencia de la luz está relacionada con la
    longitud de onda de luz de una manera muy simple. El
    espectrómetro puede ser usado para examinar la luz de un
    LED, y para estimar el pico de la longitud de onda emitido por el
    LED. Pero preferimos tener la frecuencia de la intensidad pico de
    la luz emitida por el LED. La longitud de la onda está
    relacionada con la frecuencia de la luz por la
    fórmula

    F = c / , donde c el la velocidad de
    la luz y es la longitud de onda de la luz leída desde el
    espectrómetro (en unidades de nanómetros, es decir,
    la millonésima parte de un milímetro).

    Supongamos que observó un LED rojo con el
    espectrómetro y vio que el LED emite un rango en colores con un
    máximo de intensidad de acuerdo con la longitud de onda
    leída en el espectrómetro de = 660 nm.

    La frecuencia correspondiente a la emisión del
    LED rojo es de 4,55 x 10 exp 14 Hertz. La unidad de un ciclo de
    una onda en un segundo (ciclos por segundo) es un
    Hertz.

      

    INFORMACIÓN BÁSICA SOBRE
    LEDs

    La mayoría de las características de los LED s están
    especificada para una corriente de 20 mA, si uno no está
    seguro de
    obtener 20 mA en la función de la conductividad del
    calor en la
    plaqueta más el calor del LED,
    variaciones de calor y corriente, conviene diseñar todo
    para 15 mA.

    • Cómo lograr 15 mA a través del
      LED:

    Primero se necesita saber la caída de
    tensión en el LED. Se puede asumir con suficiente
    seguridad
    1,7 V para rojo no muy brillante, 1,9 V para alto brillo, alta
    eficiencia y
    rojo de baja corriente, y 2V para naranja y amarillo; 2,1 V
    para verde, 3,4 V para blanco brillante, verde brillante sin
    amarillo y la mayoría de los azules, 4,6 V para azul
    brillante de 430 nm. En general se diseña para 12 mA
    para los tipos de 3,4 V y 10 mA para el azul de 430
    nm.

    Se puede diseñar una fuente que entregue mayor
    corriente si se está seguro de una
    excelente disipación de calor en el conjunto. En este
    caso asigne 25 mA a los LED de cerca de 2V, 18 mA para los de
    3,4 V y 15 mA para el azul de 430 nm.

    En condiciones óptimas de disipación de
    calor se puede hacer circular una corriente mayor pero la vida
    útil del LED se reducirá al 50% del normal:
    20.000 a 100.000 horas. En cuanto al voltaje debe estar algo
    por arriba de lo asignado para los LED s. Use por lo menos 3 V
    para los de bajo voltaje, 4,5 V para los de 3,4 V y 6 V para el
    azul de 430 nm.

    El próximo paso es restar el voltaje de los LED
    s de la fuente; esto le da la caída de voltaje que se
    logra mediante una resistencia.
    Ej.: 3, 4 V del LED con una fuente de 6 V. haciendo la resta da
    2,6 V de caída que debe ser producida por la resistencia.

    El próximo paso consiste en dividir la
    caída de voltaje por la corriente del LED,
    obteniéndose así el valor de la
    resistencia; al dividir V / A se obtiene un valor de
    resistencia en ohms. Si se divide V / mA la resistencia se
    obtiene en K ohms.

    Otro paso a seguir es determinar la potencia de
    la resistencia. Multiplique la caída de voltaje por la
    corriente del LED para obtener la potencia de
    la resistencia.

    No ponga los LED s en paralelo entre sí; si
    bien ésto funciona no es confiable porque los LED s se
    vuelven más conductores a medida que aumenta su temperatura,
    con lo que se vuelve inestable la distribución de la corriente. Cada LED
    debe tener su propia resistencia.

    RESUMIENDO: la
    tensión de arranque de un LED depende del color que deban
    emitir, teniendo en cuenta los materiales de
    los que están hechos, que se eligen de acuerdo al
    color

    FOTODIODOS

    Los fotodiodos se hacen trabajar con una tensión
    inicial en sentido de bloqueo. Sin dicha tensión inicial
    trabajan, el sentido de paso, como fotoelementos (son bipolos que
    al ser iluminados engendran tensión). La corriente en la
    oscuridad es reducida. Con resistencias
    de trabajo de elevado valor ohmico pueden engendrarse variaciones
    de tensión que alcanzan casi la plena tensión de
    servicio.

     

     

    Autor:

    Gustavo Barro
    Buenos
    Aires

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