LED Indicators

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Junção PN e emissão de luz

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LED Indicators

  1. 1. Electrónica Analógica LED’s Solid State Lighting (SSL)08-12-2011 Por : Luís Timóteo 1
  2. 2. Electrónica Analógica Tecnologia de Iluminação a LED‘s: Marcos Históricos. Descoberto em 1907 e ignorado até...  1962 — 1º LED com espectro de luz visível;  1972 — 1º LED amarelo e LED encarnado de alta saída;  1977 — 1º painel maleável com LED’s;  1993 — LED azul de alto brilho;  1995 — LED branco;  1999 — LED de alta potência (≥ 1 watt);  2003 — LED = 4 vezes mais eficiente que lâmpadas incandescentes;LED- Marcos Históricos  2006 — LED = 8 vezes mais eficiente que lâmpadas incandescentes; NOTAS de ID  ―Nichia delivers 92 lm/W at 350 mA‖ - Nov 2006;  ―Philips Lumileds shatters 350 mA performance records with 115 Im/W LED - Jan 2007 (R&D result);  ―Cree achieves 1000 lumens from a single LED‖[52— 721m/W] - Sep 7, 2007 (R&D result);  ‗Seoul Semiconductor to launch 420 lumen LED next quarter‖ [52 Im/W] - Sep 19, 2007. 08-12-2011 Por : Luís Timóteo 2
  3. 3. Electrónica Analógica  O que é um LED? Um LED (Light Emitting Diode) – é um dispositivo semicondutor que emite luz quando polarizado directamente. Este efeito é uma forma de electroluminiscência, em que a cor da luz depende da composição química do material semicondutor usado, podendo ser entre o infravermelho e o ultravioleta!  Tal como um díodo, consiste numa bolacha (chip) de material semicondutor dopado com impurezas, criando uma junção P-N.LED- O que é um LED Quando um electrão encontra uma lacuna, fica num nível de energia mais baixo, liberta energia na forma de um fotão… No caso do Si e do Ge, os electrões e as lacunas recombinam-se sem produzir qualquer emissão óptica, já que os materiais são do tipo indirect bandgap, produzindo calor e não luz. 08-12-2011 Por : Luís Timóteo 3
  4. 4. Electrónica Analógica O que é um LED? 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 de modo que a quantidade de energia libertada para o fotão determina a cor da luz!... P N A KLED- Constituição Símbolo: 08-12-2011 Por : Luís Timóteo 4
  5. 5. Electrónica Analógica O que é um LED? Junção P-N  Comportamento da junção P-N por efeitos de Temperatura. BURACOS ELECTRÕES Tipo P Tipo N Zona deLED- Junção PN Deplecção 08-12-2011 Por : Luís Timóteo 5
  6. 6. Electrónica Analógica O que é um LED? Junção P-N  Comportamento da junção P-N por efeitos aplicação de uma polarização directa. BURACOS ELECTRÕES Tipo P Tipo N N Tipo Tipo P Zona de Deplecção A corrente circula através da junçãoLED- Junção PN 08-12-2011 Por : Luís Timóteo 6
  7. 7. Electrónica Analógica  O que é um LED? Junção P-N  Comportamento da junção P-N por efeitos aplicação de uma polarização inversa. BURACOS ELECTRÕES Tipo P Tipo N N Tipo Tipo P Zona de Deplecção AA corrente circula através da junção corrente não circula através da junçãoLED- Junção PN 08-12-2011 Por : Luís Timóteo 7
  8. 8. Electrónica Analógica  O que é um LED? Como é que o LED produz luz?LED- Produção de Luz …Essa energia é libertada soba a forma buracos corrente decircula A Quando um circulam a Luz. Os de a fotão um amplitude do diodo, os electrões do através energia mais baixo do nível de da “queda” de carga negativa, movem-se de que os electrões electrão, determina o nível energiasentido enquanto que osvez num do fotão, que por sua livres, portanto quando determina a corcaiem de nesse buracos ou lacunas Uma maior electrões da luz. carga “queda”perdem energia…sentido positiva produz umnofotão com nível, se movem oposto. maior nível de energia, a que corresponderá uma luz com frequência mais elevada. 08-12-2011 Por : Luís Timóteo 8
  9. 9. Electrónica Analógica O que é um LED? Como é que o LED produz luz? Camada tipo P Lacuna (Buraco) Camada Activa (Bandgap)LED- Produção de Luz Fotão Camada tipo N Subtracto de suporte Electrão Os fotões emitidos não têm todos a mesma direcção e a mesma fase… ―Luz incoerente‖!... 08-12-2011 Por : Luís Timóteo 9
  10. 10. Electrónica Analógica Frequência da Luz De acordo com a teoria de Planck, a luz é constituída por partículas chamadas FOTÕES. O fotão é um pequeno pacote de ondas electromagnéticas. A energia do Fotão está relacionada com a frequência das ondas electromagnéticas n : EPH = h n h é a constante de Planck, h = 6.626 x 10-34 J-sLED- Produção de Luz 08-12-2011 Por : Luís Timóteo 10
  11. 11. Electrónica Analógica Frequência da Luz Os diferentes elementos da tabela periódica (III-V) usados como semicondutores (Ex. Ga, As, In). Com a junção polarizada directamente emitem fotões de diferentes comprimentos de onda…LED- Produção de Luz 08-12-2011 Por : Luís Timóteo 11
  12. 12. Electrónica Analógica Frequência da Luz Os diferentes elementos da tabela periódica (III-V) usados como semicondutores (Ex. Ga, As, In). Com a junção polarizada directamente emitem fotões de diferentes comprimentos de onda…LED- Produção de Luz 08-12-2011 Por : Luís Timóteo 12
  13. 13. Electrónica Analógica Frequência da Luz Os diferentes elementos da tabela periódica (III-V) usados como semicondutores (Ex. Ga, As, P, In..). Com a junção polarizada directamente emitem fotões de diferentes comprimentos de onda… Brilho Standard Alto BrilhoLED- Produção de Luz 08-12-2011 Por : Luís Timóteo 13
  14. 14. Electrónica Analógica LED’s: Características técnicas A corrente directa (IF) deverá estar compreendida entre 10 e 100 mA. VF – Tensão máxima de polarização directa. VR – Tensão máxima de polarização inversa.LED- Características Técnicas Material semicondutor que o constitui: VF = 1,6 V Led vermelho Fosfoarsenieto de gálio VR = 3 V Led verde Material semicondutor que o constitui: VF = 2,4 V Led amarelo Fosforeto de gálio VR = 3 V Material semicondutor que o constitui: VF = 1,35 V Led infra vermelho Arsenieto de gálio VR = 4 V 08-12-2011 Por : Luís Timóteo 14
  15. 15. Electrónica Analógica Energia Emitida por um LED E = q.V Joules. A energia (E) da luz emitida por um LED, está relacionada com a carga eléctrica (q) de um electrão e a voltagem (V), necessária para acender o LED. Esta expressão de uso geral, simplesmente diz que a voltagem é proporcional á energia eléctrica, neste caso aplicada ao LED. A constante q, é a carga eléctrica de um electrão, -1.6 x 10-19 Coulomb. Suponha que ao medir voltagem aos terminais dum LED, pretende calcular a energia necessária para o acender. Digamos que tem um LED encarnado, e a voltagem medida aos seus terminais é 1.71 Volts. Então a energia necessária para o acender é:LED- Energia E = qV ou E = -1.6 x 10-19 (1.71) Joules Como 1 Coulomb-Volt =1 Joule. Multiplicando dá: E = 2.74 x 10-19 Joules. 08-12-2011 Por : Luís Timóteo 15
  16. 16. Electrónica Analógica Identificação visual dos terminais LED Polarizações LED ”Indicator” Lente Chanfro Cátodo Ânodo (-) (+) A K Terminal Terminal menor maiorLED- Terminais 08-12-2011 Por : Luís Timóteo 16
  17. 17. Electrónica Analógica Estrutura interna do LED LED ”Indicator” Luz emitida Ligação ao Ânodo Lente CHIP (epoxy) Chanfro Ânodo CopoLED- Estrutura Cátodo Reflector (+) (-) 08-12-2011 Por : Luís Timóteo 17
  18. 18. Electrónica Analógica Estrutura interna do LED LED ”Indicator”  O termo SSL (Solid State Lighting), é um termo comum usado na tecnologia LED para aplicações de iluminação. Refere-se a uma tecnologia em que a luz é emitida por electroluminiscência de dispositivos do estado sólido, contrapondo ás lâmpadas de filamentos (que usam irradiação térmica). Copo Terminal Reflector Positivo Luz emitida Terminal Negativo GaN Tipo P Lente (epoxy) Região activa GaN Tipo N Ligação ao Ânodo Fotão BuracoLED- Estrutura Ânodo Electrão (+) Cátodo (-) O Chip (die) (área activa do LED) está encapsulado num invólucro de plástico ou de cerâmica, que pode conter um ou mais chips. 08-12-2011 Por : Luís Timóteo 18
  19. 19. Electrónica Analógica LEDs Indicators – Ângulo de irradiaçãoLED- Irradiação 08-12-2011 Por : Luís Timóteo 19
  20. 20. Electrónica Analógica LEDs Indicators: Aplicações Displays de LED’s Vários tipos de indicadores, todos eles a LED‘s…LED-Bases 08-12-2011 Por : Luís Timóteo 20
  21. 21. Electrónica Analógica LEDs Indicators: Aplicações Sinalização de Trânsito”LED-Bases 08-12-2011 Por : Luís Timóteo 21
  22. 22. Electrónica Analógica LEDs Indicators: Aplicações Sinalização ….LED-Bases 08-12-2011 Por : Luís Timóteo 22
  23. 23. Electrónica Analógica08-12-2011 Por : Luís Timóteo 23
  24. 24. Electrónica Analógica08-12-2011 Por : Luís Timóteo 24
  25. 25. Electrónica Analógica Bibliografia: http://www.omslighting.com/ledacademy/308/ © 1999 S.O. Kasap, Optoelectronics (Prentice Hall) www.ecse.rpi.edu www.lightemittingdiodes.org/ http://www.prof2000.pt/users/lpa http://www.solidstatelightingdesign.com/ http://www.lighting.philips.pt/08-12-2011 Por : Luís Timóteo 25

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