Led

Cos’è un LED?

Il termine LED in elettronica è l’acronimo di Light Emitting Diode (Diodo Emettitore di Luce) ed è un dispositivo, denominato diodo, semiconduttore che genera luce al passaggio di cariche elettriche attraverso una giunzione in silicio. Si tratta di un componente elettronico appartenente alla famiglia dell’optoelettronica ed è costituito da una giunzione P-N che può essere formata da diversi materiali come il GaAs (arseniuro di gallio), GaP (fosfuro di gallio), GaAsP (fosfuro arseniuro di gallio), SiC (carburo di silicio) e GaInN (nitruro di gallio e indio). La scelta del materiale determina la lunghezza d'onda dell'emissione di picco dei fotoni espressa in nm (nanometri) ed anche l'efficienza dell'intensità luminosa espressa in mcd ( mCd = 1 Candela/1000 ). Il funzionamento del led si basa sul fenomeno detto "elettroluminescenza", dovuto alla emissione di fotoni (nella banda del visibile o dell'infrarosso) prodotti dalla ricombinazione degli elettroni e delle lacune allorchè la giunzione è polarizzata in senso diretto.

Struttura del LED

I diodi led più comuni ed economici in commercio sono quelli con diametro di 5 mm ed hanno una polarizzazione (negativo e positivo) che deve essere rispettata per il corretto funzionamento. Le tensioni di alimentazione variano a seconda delle caratteristiche: in genere per i diodi da 5 mm variano tra 1.5 Volt e 3.2 Volt, mentre la corrente varia tra i 10 e 30 mA. Questi valori variano a seconda della lunghezza d'onda emessa dalla giunzione: più è corta e più tensione è necessaria per innescare la reazione elettroni/lacune che scaturisce il fenomeno dell’elettroluminescenza. Il colore del LED dipende proprio dalla caduta di tensione:

• ROSSO: 1.8 Volt
• GIALLO: 1.9 Volt
• ARANCIO: 2.0 Volt
• VERDE: 2.0 Volt
• BLU: 3.5 Volt
• AZZURRO: 3.0 Volt

Come utilizzare un LED

Quando si utilizza un led, è necessario disporre sempre una resistenza in serie ad esso, allo scopo di limitare la corrente che passa ed evitare che possa distruggersi.

Diversamente dalle comuni lampadine, il cui filamento funziona a temperature elevatissime ed è caratterizzato da notevole inerzia termica, i led emettono luce fredda, e possono lampeggiare a frequenze molto alte, superiori al Mhz; se si considera anche che la luce emessa è direttamente proporzionale alla corrente che li attraversa, i led risultano particolarmente adatti alla trasmissione di segnali tramite modulazione dell'intensità luminosa.

Calcolo della resistenza da collegare in serie al LED

Il valore di tale resistenza può essere calcolato con la legge di Ohm:

• indichiamo con Vs la tensione di alimentazione cui vogliamo collegare il nostro led
• indichiamo con Vl la caduta di tensione presente ai capi del led (per esempio di 1,4 V)
• indichiamo con I il valore della corrente che vogliamo far passare nel led

Per calcolare il valore della resistenza basterà fare la differenza fra Vs e Vl e dividere il risultato per I (il cui valore può variare, come detto, da 20 a 40 mA)

Esempio di calcolo

Supponiamo di avere un led rosso che dovrà essere installato in automobile, quindi la tensione è quella della batteria di 12Volt, la tensione necessaria all’accensione del led rosso e di 1,8 Volt e la corrente che dovrà transitare nel diodo è di 10 ma (0,010 A).

Prima di tutto calcoliamo la tensione che dovrà cadere sulla resistenza effettuando una semplice sottrazione (Tensione di alimentazione – tensione del diodo led) che nel nostro caso si traduce in:

12-1,8=10,2 Volt

Una volta ricavata la tensione passiamo al calcolo della resistenza effettuando una semplice divisione, (tensione ricavata / corrente in Ampere), quindi:

10,2/0,010=1020 ohm

Oltre al valore resistivo dobbiamo anche calcolare quanto calore dovrà dissipare la resistenza, per ottenere il valore dobbiamo effettuare il seguente calcolo, (tensione ricavata x corrente in Amper) e quindi:

10,2 x 0,010 = 0,102 Watt

Chiaramente in commercio difficilmente troveremo resistenze con i valori uscenti dal nostro calcolo ma comunque abbiamo una certa tolleranza quindi, possiamo dire che una resistenza da 1000 ohm da un quarto di watt (0,25 Watt) va benissimo.

Caratteristiche dei LED

Le principali caratteristiche dei LED sono:

• Emettono luce fredda
• Bassi consumi di corrente
• Bassa tensione di alimentazione
• Alta resistenza meccanica
• Alta efficienza in termini di luminosità
• Luce direttiva
• Tonalità di colore selettiva (tranne che per alcuni led bianchi)

Ora che abbiamo sintetizzato il funzionamento elettrico dei diodi led passiamo all’individuazione di quelli più adatti ai nostri scopi, leggendo l’articolo sulla luce, si evidenzia che solo alcune lunghezze d’onda vengono recepite dalle piante, le più importanti sono quelle di tonalità rossa a seguire quelle di tonalità blu, mentre il verde ed il giallo vengono riflessi.