O que são LEDs e como eles funcionam?

Os LEDs, ou diodos emissores de luz, mudaram a maneira como pensamos em iluminação porque economizam energia, duram mais e podem ser usados ​​de muitas maneiras diferentes.Ao contrário das lâmpadas antiquadas que causam luz aquecendo um fio, os LEDs criam luz movendo uma corrente elétrica através de um material especial chamado semicondutor.Essa maneira de tornar a luz usa muito menos energia e não fica tão quente.Devido a esses benefícios, os LEDs são usados ​​para tudo, desde pequenas luzes de gadgets a grandes sistemas de iluminação nos edifícios.Eles vêm em vários tipos e cores, cada um adequado para diferentes usos.Aprender como os LEDs funcionam e por que eles são melhores do que as luzes tradicionais nos ajudam a ver por que estão se tornando tão populares hoje.

Catálogo

Figura 1: LEDs ou diodos emissores de luz

Definição e operação básica

LEDs, ou diodos emissores de luz, são dispositivos que emitem luz quando uma corrente elétrica passa por eles.Cada LED é composto por dois materiais: um tipo P com muitos orifícios (portadores de carga positiva) e um N-Type com muitos elétrons (portadores de carga negativa).Quando uma tensão direta é aplicada, os elétrons da região do tipo N ganham energia e se movem em direção à região do tipo P.Na junção p-n, os elétrons preencem os orifícios, liberando energia como luz.

Ao contrário de fontes de luz tradicionais, como lâmpadas incandescentes que convertem energia elétrica em calor e depois a luz, os LEDs convertem energia elétrica diretamente em luz.Esse processo é muito mais eficiente, produzindo menos calor e usando menos energia.Consequentemente, os LEDs são preferidos por sua eficiência energética e longa vida útil, exigindo substituições menos frequentes e oferecendo desempenho mais robusto.

Tipos de LEDs

LEDs do tipo lâmpada (com chumbo)

Figura 2: LEDs do tipo lâmpada (com chumbo)

Os LEDs do tipo lâmpada (com chumbo) são um tipo básico de diodos emissores de luz (LEDs) com pernas de metal, também chamadas de fios, que conectam o LED a um circuito elétrico.Esses LEDs geralmente são cobertos por uma pequena lâmpada de plástico colorida.Esta lâmpada tem algumas funções.Ele espalha a luz de maneira mais uniforme, por isso não brilha em apenas uma direção.Ele também protege as pequenas partes dentro do LED de danos e mantém a poeira e a umidade.

Os LEDs com chumbo têm um design simples, o que os torna muito úteis e fáceis de usar em muitos projetos eletrônicos.Devido a esse design simples, eles são frequentemente usados ​​como luzes indicadoras para mostrar se um dispositivo estiver ligado ou desligado.Você também pode encontrá -los em displays digitais, como aqueles em calculadoras e relógios, onde eles ajudam a mostrar números e outras informações.

Para iluminação decorativa, os LEDs com chumbo são os favoritos porque são fáceis de configurar e podem ser usados ​​para criar muitos padrões de iluminação diferentes.As pernas de metal simplificam a anexação a placas de circuito ou conectam -as usando placas de pão para teste.Isso os torna populares com entusiastas e engenheiros profissionais.Eles vêm em muitas cores e tamanhos, aumentando sua utilidade em configurações de iluminação criativa e prática.

LEDs do tipo chip (montagem na superfície)

Figura 3: LEDs do tipo chip (montagem na superfície)

Os LEDs do tipo chip (montagem na superfície) são uma melhoria moderna na tecnologia LED, feita para ser anexada diretamente nas placas de circuito impresso (PCBs).Eles são muito menores e mais eficientes que os LEDs tradicionais do tipo lâmpada, tornando -os perfeitos para pequenos dispositivos eletrônicos, como smartphones, tablets e TVs LED.

O principal benefício dos LEDs do tipo chip é seu pequeno tamanho e eficiência.Por serem compactos, eles podem ser colocados juntos em PCBs.Isso permite a criação de designs eletrônicos complexos que fazem muitas coisas diferentes.Esse posicionamento próximo é muito útil para dispositivos modernos que precisam funcionar bem dentro de um pequeno espaço.Os LEDs do tipo chip também usam melhor energia.Eles transformam mais eletricidade em luz com menos calor, o que os faz durar mais e usar menos energia.Isso é especialmente útil em dispositivos que são executados nas baterias, onde economizar energia é muito importante.

A tecnologia de montagem de superfície (SMT) usada para os LEDs do tipo chip permite que as máquinas as coloque com rapidez e precisão nas placas de circuito.Isso acelera o processo de fabricação e reduz os custos de produção.Além disso, esse método garante que os LEDs sejam colocados de forma consistente e confiável, o que é importante para os dispositivos funcionarem corretamente e durarem muito tempo.

Ambos os tipos de LEDs operam no mesmo princípio básico: produzindo luz quando uma corrente elétrica passa por um material especial dentro deles.A escolha entre o tipo de lâmpada e os LEDs do tipo chip depende dos requisitos do projeto, como tamanho, eficiência e facilidade de integração.

Comprimento de onda e cor

A cor de um LED é determinada pelos materiais usados ​​para fabricar, que emitem diferentes cores de luz quando a eletricidade flui através deles.Dois fatores principais influenciam a cor de um LED:

Comprimento de onda de pico (λp)

Figura 4: Gráfico mostrando o comprimento de onda de pico (λp) de um LED

O comprimento de onda de pico (λp) é o comprimento de onda no qual um LED emite mais luz.Por exemplo, um LED vermelho geralmente brilha mais brilhante em cerca de 630 nanômetros.Isso significa que o LED produz sua luz vermelha mais forte nesse comprimento de onda. O conhecimento do comprimento de onda de pico é muito útil para diferentes aplicações.Determina a cor e o brilho da luz LED.Para encontrar o comprimento de onda de pico, medimos o espectro de luz do LED e localizamos o ponto em que a luz é a mais intensa.Por exemplo, na tecnologia da tela, o comprimento de onda de pico exato ajuda a produzir as cores certas.Nas luzes das plantas, o comprimento de onda de pico deve corresponder aos comprimentos de onda que as plantas absorvem melhor para ajudá -las a crescer melhor.

O comprimento de onda de pico também afeta como os LEDs são feitos.Os engenheiros podem alterar os materiais e o design do LED para obter o comprimento de onda de pico desejado, fazendo com que o LED funcione melhor para usos específicos.Isso envolve a escolha dos materiais semicondutores certos, porque esses materiais determinam a energia e o comprimento de onda da luz emitida.

Comprimento de onda dominante (λd)

Figura 5: Um gráfico mostrando o comprimento de onda dominante (λd) de um LED

O comprimento de onda dominante (λD) é uma idéia básica no estudo da cor, especialmente quando entende como os olhos humanos veem a luz dos LEDs e outras fontes de luz.O comprimento de onda dominante é a cor que as pessoas vêem mais claramente quando olham para uma fonte de luz, mesmo que essa luz seja composta de várias cores diferentes.Essa medição é importante porque a visão humana combina essas várias cores em uma cor principal que percebemos.Quando um LED emite luz, geralmente o faz em uma variedade de cores.Essas cores individuais se misturam, e o comprimento de onda dominante é a cor que mais se destaca ao olho humano.Encontrar essa cor nem sempre é fácil, porque depende da mistura e força específicas das diferentes cores.Esse processo envolve cálculos detalhados que consideram o quão sensíveis os olhos humanos são para diferentes partes do espectro da luz.

Para encontrar o comprimento de onda dominante, um dispositivo chamado espectrômetro é usado para estudar a luz do LED.Os dados coletados mostram o quão forte é a luz em cada cor.Esta informação é então plotada em um diagrama de cromaticidade, que é um gráfico que representa cores baseadas na visão humana.O comprimento de onda dominante é encontrado desenhando uma linha de um ponto branco central no diagrama através das coordenadas da fonte de luz e estendendo -a até a borda do gráfico.O ponto em que essa linha encontra a borda é o comprimento de onda dominante.

Conhecer o comprimento de onda dominante é muito útil em campos onde é necessária uma cor precisa, como na tecnologia de exibição, design de iluminação e qualquer área em que seja necessária uma correspondência precisa de cores.Ao controlar o comprimento de onda dominante, os fabricantes podem criar LEDs que emitem cores específicas adequadas para diferentes fins, como ajudar as plantas a crescer melhor com certas cores claras ou produzir cores brilhantes e realistas nas telas.

Criando luz branca com LEDs

Figura 6: Dois métodos para criar luz branca com LEDs

Criar luz branca com LEDs envolve dois métodos principais, cada um com suas próprias vantagens e usos.

Um método envolve a combinação de LEDs vermelhos, verdes e azuis (RGB).Ao ajustar cuidadosamente a intensidade dessas três cores primárias, elas podem ser misturadas para criar luz branca.Essa técnica é comumente usada em dispositivos que precisam de controle preciso de cores e representação precisa de cores, como displays de LED coloridos e iluminação decorativa.Embora esse método ofereça um excelente controle sobre a saída de cores, é mais complexo e caro em comparação com o LED azul com a abordagem de fósforo amarelo.Requer circuitos e calibração avançados de controle para garantir que as cores se misturem corretamente para produzir luz branca.

O outro método usa um LED azul emparelhado com um revestimento de fósforo amarelo.Quando o LED azul é ligado, ele excita o fósforo amarelo, fazendo com que emite luz amarela.A combinação da luz azul restante e a luz amarela emitida produz luz branca.Esse método é popular porque é simples e econômico, tornando-o adequado para uma ampla gama de aplicações de iluminação.No entanto, às vezes pode resultar em uma luz branca com uma leve tonalidade azul ou fria, o que pode não ser ideal para todas as situações.

Cada método é escolhido com base no equilíbrio desejado entre custo, complexidade e qualidade da cor.O método LED RGB é selecionado para aplicações que requerem ajuste preciso de cores e saída de luz de alta qualidade, enquanto o LED azul com o método de fósforo amarelo é frequentemente preferido por sua simplicidade e acessibilidade.

Eficiência de iluminação LED

Os LEDs usam muito menos energia do que as lâmpadas incandescentes tradicionais, economizando até 90% de energia.Eles produzem luz passando uma corrente elétrica através de um pequeno chip, iluminando pequenas fontes de luz chamadas LEDs.Ao contrário das lâmpadas incandescentes, que produzem luz aquecendo um filamento até que ela brilha, os LEDs geram luz com muito menos energia.

Os LEDs têm peças chamadas de dissipadores de calor que ajudam a lidar com o calor que fazem.Esses dissipadores de calor absorvem e espalham o calor para manter os LEDs funcionando bem.O bom gerenciamento de calor faz com que os LEDs durem mais e os mantenha brilhantes.Se o calor não for bem tratado, os LEDs poderão se desgastar mais rapidamente e ficar mais escuro.Quanto tempo duram os LEDs e quão bem eles funcionam de quão bons são e de quão bem seus dissipadores de calor funcionam.

Vida útil e degradação

A vida útil e a quebra são os principais pontos do desempenho do LED (Diodo emissor de luz).Ao contrário das lâmpadas comuns, que geralmente queimam repentinamente, os LEDs lentamente ficam mais escuros ao longo do tempo.Esse processo de escurecimento lento é chamado depreciação do lúmen.

A depreciação do lúmen acontece porque os materiais dentro do desgaste do LED, fazendo com que produza menos luz.Geralmente medimos a vida de um LED até o ponto em que seu brilho caiu para 70% do seu nível original.Por exemplo, se um LED iniciar em 1000 lúmens, sua vida útil é considerada quando seu brilho cai para 700 lúmens.

Várias coisas podem causar depreciação do lúmen nos LEDs, como temperatura, tensão elétrica e qualidade dos materiais usados ​​para fabricá -los.Altas temperaturas podem acelerar o desgaste das peças LED, tornando -as mais rápidas.Da mesma forma, o estresse elétrico, como muita corrente ou tensão, pode diminuir a vida de um LED, causando danos extras em suas partes internas.

A qualidade dos materiais usados ​​para fazer os LEDs também afeta muito quanto tempo eles duram.Os LEDs feitos com melhores materiais e métodos de construção tendem a durar mais e diminuir mais lentamente.Por outro lado, os LEDs de qualidade inferior podem diminuir mais rapidamente e ter uma vida útil mais curta.

A depreciação do lúmen acontece quando os LEDs perdem o brilho ao longo do tempo.Isso pode ser causado por vários fatores principais:

• O calor excessivo pode danificar as partes internas do LED.Os dissipadores de calor ajudam a gerenciar esse calor, mas se eles não funcionarem bem, as peças LED poderão ser prejudicadas.

• As altas correntes e tensões elétricas podem desgastar os componentes dentro do LED.Esse desgaste pode tornar o LED menos brilhante.

• Os materiais usados ​​nos LEDs, especialmente os brancos, podem se degradar com o tempo.Essa quebra de material também leva a uma perda de brilho.

• Condições ambientais como umidade e poeira podem afetar os LEDs.A umidade pode fazer com que peças enferrujam ou curto-circuito, e a poeira pode bloquear a luz ou interferir na operação do LED.

Aplicações de LEDs

LEDs, ou diodos emissores de luz, mudaram muito a indústria de iluminação porque são versáteis e eficientes.Eles podem ser usados ​​de várias maneiras, desde lâmpadas regulares a equipamentos embutidos.Um dos principais benefícios dos LEDs é o seu tamanho pequeno, o que permite designs de iluminação criativos e inovadores.Isso torna os LEDs perfeitos para substituir lâmpadas tradicionais e ser incorporadas em acessórios personalizados, fornecendo soluções de iluminação duradouras e de economia de energia.

Nas soluções de iluminação híbrida, os LEDs são combinados com designs de iluminação tradicionais.Esses sistemas geralmente possuem peças LED substituíveis em acessórios especialmente projetados, facilitando a manutenção e a atualização.Essa combinação leva as melhores partes das tecnologias de iluminação antigas e novas, melhorando a experiência geral do usuário.

Os LEDs podem ser usados ​​em muitos lugares diferentes, de residências a ambientes industriais.Sua eficiência energética é uma grande vantagem, porque os LEDs usam menos energia em comparação com as luzes tradicionais.Isso significa contas de energia mais baixas e um impacto menor no meio ambiente.Além disso, os LEDs duram mais, para que não precisem ser substituídos com tanta frequência, economizando tempo e dinheiro.

Gerenciamento térmico em LEDs

Figura 7: Gerenciamento térmico em LEDs

O gerenciamento adequado do calor é muito útil para o desempenho dos LEDs e quanto tempo duram.Quando os LEDs são usados, eles produzem calor.Se esse calor não for bem gerenciado, poderá danificar rapidamente os LEDs, tornando -os menos eficientes e diminuindo sua vida.

Uma parte importante do gerenciamento do calor LED é o dissipador de calor.Os dissipadores de calor ajudam absorvendo e espalhando o calor para longe da conexão do chip do LED com a placa de circuito, tornando -a mais fria.O quão bem um dissipador de calor funciona depende muito do que é feito e de seu design.

Materiais como alumínio e cobre são frequentemente usados ​​para dissipadores de calor, porque podem afastar o calor com eficiência.Além disso, o design de dissipadores de calor geralmente inclui recursos como barbatanas, que aumentam a área da superfície que pode liberar calor.Essa área de superfície maior ajuda o calor do calor para espalhar o calor do LED, mantendo o LED mais frio e certificando -se de que funcione bem por um longo tempo.

Diferenças entre LED e iluminação tradicional

Os LEDs oferecem várias vantagens sobre a iluminação tradicional incandescente e CFL (lâmpada fluorescente compacta), particularmente na direção da luz e na faixa de cores:

• Iluminação direcional: os LEDs emitem luz em uma direção específica, ideal para necessidades de iluminação direcionadas, como ler lâmpadas ou holofotes.Por outro lado, as lâmpadas incandescentes e CFL emitam luz e calor em todas as direções, geralmente exigindo refletores ou tons para focar a luz, resultando em desperdício de energia.

• Opções de cores: os LEDs fornecem uma ampla gama de cores, incluindo âmbar, vermelho, verde e azul.A luz branca pode ser criada misturando diferentes LEDs coloridos (por exemplo, vermelho, verde e azul) ou usando LEDs revestidos com fósforo que emitem luz branca quando a luz azul ou ultravioleta passa pelo fósforo.Essa ampla gama de cores permite que os LEDs atendam a várias necessidades de iluminação, desde iluminação quente e aconchegante até iluminação brilhante e semelhante à luz do dia.

Como os LEDs funcionam?

Figura 8: Estrutura de um LED

Os LEDs (diodos emissores de luz) funcionam como diodos e emitem luz quando são tendenciosos para a frente.Nesta configuração, o lado negativo (cátodo) é conectado ao terminal negativo de uma fonte de energia e o lado positivo (ânodo) é conectado ao terminal positivo.Esse arranjo permite que os elétrons da região n ganhem energia e se movam em direção à região p.Quando esses elétrons atravessam a junção e encontram buracos na região p, eles liberam energia como luz.

A cor da luz que um LED emite depende dos materiais semicondutores utilizados.Por exemplo, o arseneto de gálio produz luz infravermelha, enquanto o fosfeto de gálio pode produzir luz verde ou vermelha.Essas diferenças de cor provêm dos vários níveis de energia dos materiais, que decidem o comprimento de onda da luz que se desviou.

Um LED é construído com uma estrutura de chumbo, geralmente chamada de bigorna, conectada ao terminal do cátodo.Esse quadro mantém o material semicondutor.A região p do semicondutor é colocada perto da superfície para garantir que mais luz saia do LED em vez de ficar preso dentro.Esse design ajuda a aumentar o brilho e a eficácia do LED.

Conclusão

Os LEDs têm muitas vantagens sobre as luzes tradicionais.Eles usam menos energia, duram mais e oferecem melhor qualidade de luz.Os LEDs funcionam movendo elétrons através de um semicondutor, transformando diretamente a energia elétrica em luz com muito pouco calor.Eles podem produzir cores diferentes com base nos materiais utilizados, e os diferentes projetos do tipo de lâmpada e LEDs do tipo chip os tornam ainda mais úteis.À medida que a tecnologia melhora, os LEDs continuam melhorando, oferecendo mais benefícios e sendo usados ​​de mais maneiras.Ao entender como os LEDs funcionam e seus benefícios, fica claro por que eles estão se tornando a escolha preferida de iluminação em nossas casas, escritórios e além.

Perguntas frequentes [FAQ]

1. Como funciona a tela de LED?

Uma tela de LED funciona usando muitas pequenas luzes chamadas diodos emissores de luz (LEDs).Essas pequenas luzes brilham em cores diferentes para criar figuras e texto.Os circuitos eletrônicos controlam essas luzes, acendendo e desligando -as rapidamente para mostrar as imagens e padrões desejados.

2. Para quais são as duas principais coisas que os LEDs são usados?

Os LEDs são usados ​​principalmente para iluminação e displays.Para iluminação, eles oferecem luz brilhante e economizada por energia para casas, ruas e veículos.Para exibições, eles são usados ​​em telas para televisões, computadores e outdoors.

3. Qual é o princípio do LED e seu trabalho?

O princípio de um LED é baseado em um processo chamado eletroluminescência.Quando uma corrente elétrica flui através do material do LED, ele emite luz.Isso acontece porque a energia elétrica faz com que os elétrons se combinem com outras partículas, liberando energia como luz.

4. Por que os LEDs são importantes?

Os LEDs são importantes porque economizam energia, duram muito tempo e são bons para o meio ambiente.Eles usam menos eletricidade do que as luzes tradicionais e têm uma vida muito mais longa, para que não precisem ser substituídas com tanta frequência.

5. Quais são as vantagens dos LEDs?

As vantagens dos LEDs incluem o uso de menos energia, ter uma vida útil mais longa, ser mais durável, de tamanho menor e ligar e desligar mais rápido.Eles também produzem menos calor e vêm em muitas cores, tornando -os úteis para diferentes propósitos.