I diodi LED

I diodi LED sono ovunque: nei nostri telefoni, nelle nostre auto e persino nelle nostre case. Ogni volta che un dispositivo elettronico si accende, ci sono buone probabilità che dietro di esso ci sia un LED. Basso consumo energetico, dimensioni ridotte, commutazione rapida e lunga durata li rendono ideali per dispositivi mobili e altre applicazioni a basso consumo.

LED è l’acronimo di Light Emitting Diode . Sono un tipo speciale di diodo che converte l’energia elettrica in luce. Hanno caratteristiche elettriche molto simili a un normale diodo a giunzione PN. Ecco perché il simbolo del LED è simile al normale diodo a giunzione PN tranne per il fatto che contiene frecce che puntano lontano dal diodo indicando che la luce viene emessa dal diodo.

Come è fatto un diodo LED?

I LED sono così comuni che sono disponibili in un’enorme varietà di forme, dimensioni e colori. I diodi LED che probabilmente utilizzerai nei progetti con breadboard o con Arduino, sono i LED standard a foro passante con due reofori. La figura seguente ne mostra le parti.

La costruzione di un LED è molto diversa da un normale diodo. La giunzione PN di un diodo LED è circondata da un guscio in resina trasparente.

Il guscio è costruito in modo tale che i fotoni di luce emessi dalla giunzione siano focalizzati verso l’alto attraverso la parte superiore a cupola del LED, che a sua volta agisce come una lente. Questo è il motivo per cui la luce emessa da un LED è direzionale.

Proprio come in un normale diodo, il lato positivo del LED è chiamato Anodo , mentre il lato negativo del LED è chiamato Catodo . Il catodo è solitamente più corto dell’anodo. Non solo, l’esterno della custodia in plastica ha tipicamente un punto piatto o una tacca che indica il lato del catodo del LED.

Come funziona un diodo LED?

Come un normale diodo, il LED funziona solo in condizione di polarizzazione diretta. Quando il LED è polarizzato direttamente, gli elettroni liberi attraversano la giunzione PN si ricombinano con le lacune. Poiché questi elettroni scendono da un livello di energia superiore a uno inferiore, irradiano energia sotto forma di fotoni (luce).

Nei diodi ordinari, questa energia viene fornita sotto forma di calore mentre in un LED l’energia viene irradiata come luce. Questo effetto è chiamato Elettroluminescenza.

I colori dei diodi LED

I diodi LED sono disponibili in un’ampia gamma di colori, i più comuni sono la luce rossa, verde, gialla, blu, arancione, bianca e infrarossa (invisibile).

A differenza dei normali diodi realizzati in germanio o silicio, i LED sono costituiti da elementi come gallio, arsenico e fosforo. Mescolando questi elementi insieme in proporzioni diverse, è possibile produrre LED che irradiano colori diversi, come mostrato nella tabella seguente.

Il colore effettivo di un LED è determinato dalla lunghezza d’onda della luce emessa, che a sua volta è determinata dal materiale semiconduttore effettivamente utilizzato per realizzare la giunzione del diodo LED.

Pertanto il colore della luce emessa da un LED non è determinato dal colore dell’involucro del LED. Migliora solo l’emissione di luce e indica il suo colore quando non è illuminato.

Tensione e Corrente caratteristiche

Per la maggior parte dei LED a bassa potenza, la caduta di tensione tipica va da 1,2V a 3,6V per correnti comprese tra 10 mA e 30 mA. L’esatta caduta di tensione dipenderà ovviamente dal materiale semiconduttore utilizzato, dal colore, dalla tolleranza e da altri fattori.

Poiché il LED è fondamentalmente un diodo, le sue curve caratteristiche IV possono essere tracciate per ciascun colore come mostrato di seguito.

Luminosità LED

La luminosità di un LED dipende direttamente da quanta corrente assorbe. Più corrente assorbe, più luminoso sarà il LED. È possibile controllare la luminosità di un LED controllando la quantità di corrente che lo attraversa.

La resistenza di limitazione di corrente

Se colleghiamo un diodo LED direttamente a una batteria o a un alimentatore, esso cercherà di dissipare quanta più energia possibile, distruggendosi quasi istantaneamente.

Pertanto è importante limitare la quantità di corrente che scorre attraverso il LED. Per questo, utilizziamo dei resistori. Il resistore limita il flusso di elettroni nel circuito e impedisce al LED di assorbire troppa corrente.

Il resistore limitatore di corrente è posizionato in serie tra il LED e la sorgente di tensione:

Nel circuito sopra, applicando la legge di Ohm, il resistore limitatore di corrente viene calcolato come:

Esempio di un circuito con diodo LED

Si consideri un LED rosso con una caduta di tensione diretta di 1,8V collegato a un alimentatore da 5 VCC. Calcolare il valore del resistore, necessario per limitare la corrente diretta a circa 10 mA.

Soluzione:

Usando la formula sopra, il resistore di limitazione della corrente è:

Dunque avremo bisogno di un resistore da 320 Ω per limitare la corrente a 10 mA. Ma 320Ω non è un valore standard, quindi dovremo scegliere il successivo valore più alto, che è 330Ω.

Ricalcoliamo la corrente diretta per il resistore limitatore di corrente da 330Ω:

Abbiamo un nuovo valore di corrente di 9,6 mA, che va bene.

I diodi LED multicolori

La maggior parte dei LED produce solo un colore. Tuttavia, sono disponibili LED multicolori in grado di produrre una vasta gamma di colori all’interno di un singolo dispositivo. Questi in realtà hanno diversi LED fabbricati in un unico involucro.

LED RGB

A prima vista, i LED RGB (rosso, verde, blu) sembrano proprio come dei normali LED, tuttavia, all’interno del LED, ci sono altri tre LED, uno rosso, uno verde e uno blu. Controllando l’intensità di ciascuno dei singoli LED puoi mescolare praticamente qualsiasi colore.

Il LED RGB ha quattro pin: uno per ogni colore e un pin comune. In alcuni, il pin comune è l’anodo e in altri è il catodo.