(4)LED
Light Emitting Diode -LED- (diodo emisor de luz)
Se trata de un diodo de semiconductor, que a efectos eléctricos se comporta como un diodo convencional. Físicamente, los terminales de un led se diferencian porque el terminal del ánodo es ligeramente más largo que el del cátodo. En el lado del cátodo la base del led tiene un borde plano.
El color depende del material con el que está fabricado
Dependiendo del semiconductor con el que está construido los encontraremos de diferentes colores. La propiedad que presenta este semiconductor es que con una determinada construcción física, permite transformar la energía eléctrica en energía luminosa, con un gran rendimiento, pues hay pocas pérdidas de energía en forma de calor. Este fenómeno es suficientemente importante como para producir una luz visible para la vista humana.
Existen LEDs de múltiples formas y tamaños
Con los de forma rectangular, adecuadamente combinados se construyen indicadores numéricos (llamados displays de siete segmentos) de amplia aplicación en las calculadoras e instrumentos electrónicos.
Voltaje e intensidad en un LED
La emisión de luz se produce en la fase de conducción del diodo, que es cuando más energía consume. Una diferencia muy importante respecto a un diodo convencional es la caída de tensión VAK que se produce entre el ánodo y cátodo, que suele estar entre 1,8V y 3,6V según el color (ver tabla). La intensidad luminosa que genera depende de la corriente IF que lo atraviesa, funcionan con intensidades comprendidas entre 10 y 30 mA para los de color rojo y entre 20 y 40 mA para los otros colores. A partir de los 30 o 40 mA se produce una saturación de luz y esta no varía a pesar de aumentar la intensidad, teniendo cuidado de no superar el umbral de intensidad directa máxima IFMAX que destruiría el diodo.
Circuito de aplicación de un LED
Puesto que la resistencia interna del diodo es muy pequeña, se genera una gran corriente que si no la limitamos, destruirá el diodo. Por ese motivo, necesitamos una resistencia que limite la cantidad de corriente que circula por el diodo pero que deje pasar la suficiente corriente para que ilumine.
En resumen, tenemos que considerar que:
Si alimentamos a una tensión inferior a VAK , el LED no luce.
Si circula una intensidad superior a IFMAX, el LED se rompe.
En cualquier caso, no conseguiremos hacer lucir el LED sin utilizar una resistencia de valor adecuado.
Calcular el valor de la resistencia de polarización
El valor de la resistencia se calcula partiendo de dos datos del led: IF y VAK y la tensión del generador VG que debe ser conocida.
El cálculo de la resistencia lo realizaremos por medio de la Ley de Ohm, simplemente despejando la R, y sabiendo que el voltaje en la resistencia es VG-VAK
Ejemplo de cálculo de la resistencia de polarización de un LED
En este ejemplo vamos a calcular la resistencia de polarización de un led sabiendo que IF =15 mA y VAK = 1,8V. La tensión del generador al que vamos a conectar el led es VG =9V.
Es importante recordar que la intensidad debe estar expresada en amperios (A) para realizar el cálculo correctamente.
DATOS PARA EL PROBLEMA:
IF =15 mA
VAK = 1,8V
VG =9V
CÁLCULO:
Elegir el valor comercial más cercano
Sin embargo, no existe un valor comercial de resistencia de 480 Ω, por lo que tendremos que elegir el valor comercial de resistencia más cercano. ¿Recuerdas la tabla de valores comerciales de la lección anterior? En nuestro ejemplo, elegiremos una resistencia de 470Ω para nuestro LED.
Es importante calcular bien la intensidad directa que circulará por el led, normalmente entre 10 y 20 mA. Un valor superior al máximo indicado por el fabricante puede inutilizar el led o reducir de manera considerable su tiempo de vida.
Otros ledes de una mayor capacidad de corriente, conocidos como ledes de potencia (1 W, 3 W, 5 W, etc.), pueden ser usados a 150 mA, 350 mA, 750 mA o incluso a 3000 mA dependiendo de las características optoeléctricas dadas por el fabricante.
Cabe recordar que también pueden conectarse varios en serie, sumando los voltajes de cada led. También se pueden hacer configuraciones en paralelo, aunque este tipo de configuraciones no son muy recomendadas para diseños de circuitos con leds eficientes.
Actividades
1
Antes de conectar el LED rojo a la fuente de alimentación, necesitamos calcular la resistencia limitadora adecuada. Sabemos que el voltaje de la fuente VG =5V y que el LED necesita de una IF de 15 mA y que la VAK es de 1,8V.
Elige para las actividades de esta lección la resistencia comercial más cercana de la serie E24.
Simula el circuito en TinkerCAD y comprueba que funciona correctamente.
2
Enciende la fuente de alimentación y asegúrate de que el voltaje está seleccionado a 5V. Comprueba que se enciende. Verifica que el valor de resistencia es el adecuado, según tus cálculos en la actividad anterior.
Responde a las preguntas:
¿Qué intensidad circula por el circuito? Fíjate en la medida de intensidad de la fuente de alimentación.
¿Qué voltaje VAK hay entre los terminales del LED ? Conecta un voltímetro para medirlo.
¿Cómo se llama la resistencia exterior que necesita el LED para funcionar correctamente?
¿En qué estado se encuentra el LED cuando emite luz, conducción o bloqueo?
3
Aumenta aprox. al doble el valor de la resistencia limitadora, ¿qué ocurre con la luminosidad del LED? ¿Qué ocurre con la intensidad del circuito?
4
Cambiamos ahora el valor de la resistencia limitadora a la mitad ¿Qué ocurre con la luminosidad del LED? ¿Qué ocurre con la intensidad del circuito? Fíjate que aparece un signo de exclamación❗en el LED. ¿De qué nos avisa?
5
Para terminar de hacerle perrerías al LED, vamos a cambiar la polaridad en la conexión a la fuente de alimentación.
¿Qué ocurre?
¿En qué estado está el LED?
¿Qué voltaje VAK tenemos ahora entre ánodo y cátodo?
6
CONCLUSIONES/IDEAS CLAVE
Explica con tus palabras cómo podemos conseguir que un LED ilumine de forma óptima, es decir iluminando lo máximo pero consumiendo la menor cantidad de energía. ¿Qué importancia tiene en el circuito la resistencia limitadora?