Que es un Diodo LED

Un LED o Diodo Emisor de Luz, del acrónimo inglés LED (Light-Emitting Diode: ‘Diodo Emisor de Luz’) : Es un dispositivo semiconductor  que emite luz incoherente de espectro reducido cuando se polariza de forma directa la unión PN del mismo y circula por él una corriente eléctrica. Este fenómeno es una forma de electroluminiscencia. El color, depende del material semiconductor empleado en la construcción del diodo y puede variar desde el ultravioleta, pasando por el visible, hasta el infrarrojo. Los diodos emisores de luz que emiten luz ultravioleta también reciben el nombre de led UV (ultraviolet light: “luz ultravioleta”) y los que emiten luz infrarroja se llaman IRED (InfraRed Emitting Diode: “radiación infrarroja”).

Un diodo Led es un diodo que además de permitir el paso de la corriente solo un sentido, en el sentido en el que la corriente pasa por el diodo, este emite luz. Cuando se conecta un diodo en el sentido que permite el paso de la corriente se dice que está polarizado directamente. En la Figura siguiente se muestra un diodo emisor de luz típico y su símbolo esquemático.

La terminal positiva, o ánodo, por lo general es la más larga de las dos terminales, algunos diodos LED tienen una base plana que sirve para identificar la terminal negativa, o cátodo. Otra forma de identificar la terminal positiva es,  observar en el encapsulado el yunque o poste mas delgado.

Partes de un Diodo LED

Tomamos como referencia un led que comúnmente podemos encontrar o comprar en cualquier tienda de electrónica, podemos observar que consta de 10 partes.

• Diodo semiconductor emisor de luz.
• Encapsulado de resina epoxy.
• Copa reflectora o cavidad reflectante
• Yunque
• Poste
• Base
• Base Plana(identifica la terminal negativa o cátodo).
• Terminal de conexión (Negativo o cátodo)
• Terminal de conexión (positivo o ánodo)
• Cable de unión o bigote (Alambre muy fino)

¿Cómo funciona un LED?

El funcionamiento de un diodo LED es muy sencillo. Cuando lo conectamos en polarización directa, el diodo LED permite el paso de la corriente que circulará por las patillas (cátodo y ánodo) y al pasar por el semiconductor, este semiconductor emite una luz, si lo colocamos al revés no encenderá. A la hora de trabajar con diodos LED es necesario colocar SIEMPRE una resistencia que limite el paso de corriente a través de LED, de lo contrario se dañara. La tensión que apliquemos a un LED no necesariamente será un problema,  ya que podemos trabajar con rangos de tensiones muy grandes (dependiendo del tipo de LED), pero si sobrepasamos la corriente máxima de funcionamiento del LED lo dañaremos o acortaremos su vida útil, por ello la importancia de colocar la resistencia.

Cada diodo LED debe tener la tensión correcta y la corriente necesaria; polarizar un diodo significa de modo que en sus extremos se encuentra la tensión correcta y que en ella circula la corriente correcta. Por tanto, necesitamos un circuito de polarización. Para proteger el LED debemos utilizar una resistencia y para calcular su valor podemos aplicar una formula muy sencilla.

Resistencia de Polarización 

Para que los LED se puedan adaptar a tensiones, es necesario conectar con ellos una resistencia de polarización (R).

Para saber que resistencia debemos de colocar, tan solo tenemos que conocer 2 cosas, la corriente máxima que soporta nuestro LED y la tensión a la que vamos a trabajar (Vs) (normalmente la tensión la fija el usuario, mientras que la corriente máxima está determinada por el tipo de LED). Tendremos que buscar en la hoja de característica el valor de corriente máximo que soporta nuestro LED (normalmente es IF ). Para los diodos comunes suele ser de 20 [mA] (0.02[A]), el calculo de la resistencia los  hacemos aplicando ley de Ohm. Conociendo lo valores mencionados bastará con aplicar la siguiente fórmula:

Otra forma de escribirla puede ser:

Ejemplo: Diodo LED rojo, Conectado a una fuente de 5 [V]

La resistencia obtenida es de valor de 150 [Ω].

Hay que tener en cuenta que haciendo estos cálculos vamos a obtener el valor de la resistencia con el que nuestro LED va a trabajar al límite, por ellos es RECOMENDABLE seleccionar un valor de resistencia un poco mayor para no trabajar al limite y disminuir la corriente que pasa por el LED. Por ello, para este ejemplo, podríamos recomendar usar resistencia de 220 [Ω], lo que hace que pasar una corriente a través del LED de unos 13,6 [mA].

• Para saber la potencia de la resistencia puedes utilizar la formula:

                                                            Potencia = I² R

Donde I es la intensidad que atravesará al diodo y R la resistencia calculada en el ejercicio anterior.

Tipos de LED

Se pueden clasificar en tamaño, potencia, material semiconductor y demás, en este caso nosotros consideramos la clasificación por el material semiconductor:

• Arseniuro de Galio (GaAs): Luz infrarroja.
• Fosfuro de Arseniuro de Galio(GaAsP): Luz Roja infrarroja, Rojo y Naranja.
• Fosfuro de Arseniuro de Aluminio Y Galio (AlGaAsP): Rojo, Naranja y Amarillo de alto brillo.
• Fosfuro de Galio (GaP): Rojo, Amarillo y Verde.
• Fosfuro de aluminio y Galio (AlGaP): Verde.
• Nitruro de Galio (GaN): Verde y Verde Esmeralda.
• Nitruro de Galio Indio: (GaInN): Cerca al Ultravioleta, Verde Azulado y Azul.
• Carburo de Silicio (SiC): Azul.
• Seleniuro de Zinc (ZnSe): Azul.
• Nitruro de aluminio y galio (AlGaN): Ultravioleta.

Un led muy utilizado es el Diodo LED RGB o multicolor

-Red : Rojo

-Green: Verde

-Blue: Azul

Podríamos poner varios LEDS de diferentes colores, pero lo más sencillo sería recurrir a un diodo RGB. Este tipo de diodos tienen en un mismo encapsulado un LED de cada uno de los colores básicos, rojo, verde y azul (Red, Green, Blue), de ahí su nombre, y comparten un cátodo o ánodo común.

Otra forma de clasificar es según sus características:

• LED’s comunes de todo tipos colores e incluso LED’s RGB que pueden cambiar de color en función de la tensión que se le aplique a cada uno de sus terminales. Estos LED’s son fáciles de encontrar en diámetros de van de 3 a 10 mm, aunque existen LED’s con diámetros inferiores y superiores no son tan comunes.
• LED’s que emiten en Ultravioleta o infrarrojo. Los LED’s ultravioletas los podemos encontrar en diversas potencias.
• LED’s SMD (Surface Mounted Device), los cuales tienen un tamaño muy reducido. Este tipo de LED son cada vez más usados en aplicaciones artísticas, a modo de decoración o incluso formando parte de ropa o complementos. Se pueden encontrar solos o formando parte de tiras de LED.
• LED`s de potencia que proporcionan una gran cantidad de luz, es fácil encontrarlos en potencias que van desde 1w a 50w, también se encuentran en agrupaciones de LED’s a modo de sumar las potencias individuales. Para los LED’s de mayor potencia es MUY RECOMENDABLE usar algún tipo de disipador metálico, ya que las temperaturas que alcanzan son muy elevadas y pueden dañar irreversiblemente el LED.

A continuación pueden ver un cuadro resumen de los voltajes y corrientes de trabajo de leds, según sus colores:

Asociación de LED en serie y en paralelo:

• LED en serie: Los diodos se pueden conectar en serie siempre que la suma de las caídas de tensión sea menor que la tensión de alimentación. La fórmula a utilizar para el cálculo de la resistencia limitadora es:

Donde:

– Vs  Voltaje fuente.

– N es el número de Leds conectados en serie.

– Vled Caída de voltaje led.

– I corriente led

Ejemplo de conexión Serie:

Se conecta el cátodo del primero con el ánodo del siguiente y así sucesivamente.

Datos: Tensión de alimentación 5V , Cantidad de leds  4 , Tensión led 0,5V , Corriente les 20 mA

Nota: Se debe garantizar qué la tensión de la fuente sea superior a la caída de tensión de todos los led, es decir Vs > NVled

• LED en paralelo: Para conectar varios Leds en paralelo solo tendremos que calcular el valor para un Leds y luego los ponemos como en la figura 2 (Conexión led en Paralelo)  . En este caso habrá que tener cuidado con la intensidad de la fuente de alimentación que deberá ser superior a la suma de todos los Leds.

Donde:

– Vs  Voltaje fuente.

– Vled Caída de voltaje led.

– Iled Corriente de un led

Ejemplo de conexión paralelo: Se conectan los ánodos de todos los LED al positivo de la alimentación a través de la resistencia de polarización, y todos los cátodos al negativo.