LED – Díodo Emissor de Luz

Introdução ao Estudo de diodos
Especiais - LED e ZENER
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LED – Díodo Emissor de Luz
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 diretamente
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
Energia
Electrão
Banda de condução
Luz
Banda proibida
Ao ser aplicada uma tensão
que polariza diretamente o led
ocorre que muitos elétrons 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 (fótons).
Banda de valência
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Características técnicas
A corrente direta (IF) deverá estar compreendida entre 10 e 50 mA.
VF – Tensão máxima de polarização directa.
VR – Tensão máxima de polarização inversa.
Led vermelho
Material semicondutor que o constitui:
Fosfoarsenieto de gálio
VF = 1,6 V
VR = 3 V
Led verde
Led 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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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 pretendese que a tensão direta aplicada ao led seja de 2
Volt para uma corrente direta de 10 mA.
R=(VCC- VF)/I
R=(6-2)/10x10-3
R=400Ω
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Curva característica
A curva mostra a corrente direta
em função da tensão direta.
Observa-se nesta curva que
enquanto não se atinge um
determinado valor da tensão direta
não se inicia a circulação de
corrente, e que, ultrapassando o
cotovelo da curva a corrente direta
aumenta rapidamente de valor ao
aumentar ligeiramente a tensão
direta.
Ao aumentar a corrente direta a
intensidade luminosa do led
também aumenta.
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Tipos de led
Há leds de 3, 5, 8 e 10mm de diâmetro, cilíndricos, retangulares,
triangulares, etc. No mercado existem leds:
Bicolores
Constituídos internamente por dois led
em anti-paralelo.
Tricolores
Constituído internamente por dois led
(verde e vermelho) ligados com o cátodo comum.
Intermitentes
Têm 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 segmentos
O cátodo de todos estes díodos emissores de luz é comum, pelo
que aplicando uma tensão direta de polarização aos diferentes
ânodos se acenderá um ou outro dos segmentos.
a
b
c
d
e
K
f
g
Cátodo comum
Combinando ordenadamente as tensões diretas aplicadas aos
ânodos pode formar-se qualquer caracter.
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Diodo de Referência [Diodo Zener]
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Características Elétricas
Região de operação Zener
Sentido de Condução
Modelos equivalentes do diodo Zener
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Características Elétricas
Curva característica de um diodo Zener
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Características Elétricas
Coeficiente de temperatura versus corrente zener
Impedância dinâmica versus corrente zener
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Polarização
O díodo zener quando polarizado inversamente (ânodo a um potencial
negativo em relação ao cátodo) permite manter uma tensão constante
aos seus terminais (VZn) sendo por isso muito utilizado na
estabilização/regulação da tensão nos circuitos.
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O díodo zener como estabilizador
de tensão
Para que o díodo zener estabilize a tensão nos seus terminais deve-se ter em
atenção o seguinte:
O díodo zener tem que se encontrar polarizado inversamente (A → − e K → +).
A tensão de alimentação do circuito tem que ser superior à tensão de zener (VZn)
do díodo.
A carga ou cargas do circuito têm que estar ligadas em paralelo com o díodo
zener.
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O díodo zener como estabilizador
de tensão – Sem Carga
Para que ocorra o efeito estabilizador de tensão é necessário que o
díodo zener trabalhe dentro da zona de ruptura, respeitando-se
as especificações da corrente máxima.
A corrente que circula pela
resistência limitadora é a
mesma corrente que
circula pelo díodo zener e
é dada pela expressão:
IS = (VE – VZ) / R
IS = (15 – 10) / 470
IS = 10,64 mA
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Principio de funcionamento
Vimos que o díodo retificador se comportava quase como isolador quando a polarização era
inversa. O mesmo se passa com o díodo zener até um determinado valor da tensão
(VZn), a partir do qual ele começa a conduzir fortemente.
Qual será então o fato que justifica esta transformação de isolador em condutor?
A explicação é-nos dada pela teoria do efeito de zener e o efeito de avalanche.
Efeito de zener – ao aplicar ao díodo uma tensão inversa de determinado valor (VZ) é
rompida a estrutura atômica do díodo e vencida a zona neutra, originando assim a
corrente elétrica inversa. Este efeito verifica-se geralmente para tensões inversas VR
<5 Volt e o seu valor pode ser variado através do grau de dopagem (percentagem de
impurezas) do silício ou do germânio.
Efeito de avalanche – Para tensões inversas VR > 7 Volt, a condução do díodo é explicada
exclusivamente pelo efeito de avalanche. Quando se aumenta o valor da tensão
inversa, aumenta também a velocidade das cargas elétricas (elétrons). A velocidade
atingida pode ser suficiente para libertar elétrons dos átomos semicondutores, através
do choque. Estes novos elétrons libertados e acelerados libertam outros, originando
uma reação em cadeia, à qual se dá o nome de efeito de avalanche.
Para tensões inversas VR, entre 5V e 7V, a condução do díodo é explicada cumulativamente
pelos dois efeitos (efeito de zener e efeito de avalanche).
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Regulador Zener – [RZ]
† Regulador Zener Básico -
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Regulador Zener – [RZ]
† Regulador Zener Básico - Exemplo
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Regulador Zener – [RZ]
† Regulador Zener Básico -
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Regulador Zener – [RZ]
† Regulador Zener Básico - Exemplo
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Regulador Zener – [RZ]
† Regulador Zener Básico – Vi variável e RL variável
RS ( máx ) ≥ RS ≥ RS (min)
RS (min) =
Vin( máx) − VZn
I Z ( máx
I Z ( máx)teorico
RS ( máx) =
Vin(min) − VZn
I Z (min) + I RL ( máx)
⎡Vin( máx) − VZn ⎤
= I Z (min) + I RL ( máx) .⎢
⎥
−
V
V
⎢⎣ in(min) Zn ⎥⎦
[
]
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Orientações finais para o projeto:
Especificação do Diodo Zener:
VZn Æ tensão zener nominal: Dado pelo Fabricante.
PZ(máx) Æ Potência Zener máxima: Dada pelo fabricante.
Então: I Z ( máx ) =
PZ ( máx )
VZn
Assim: IZ(máx) ≥ IZ(máx)teórico
IZK Æ Corrente zener de teste (IZ(min)): Dada pelo fabricante.
Obs. Na falta deste valor; uma orientação para o projeto é
de se utilizar 10% da corrente Zener máxima.
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