DIODO EMISSOR DE LUZ

LED - Diodo Emissor de Luz

Inicialmente, o Led, em 1962, era na cor vermelha, atualmente existe uma enorme variedade de cores e finalidades.

A vantagem é o consumo reduzido de energia, resistência física elevada, reduzida dimensão e uma vida muito longa se as condições de funcionamento forem respeitadas.

O Led é um diodo semicondutor (P-N) que quando sujeito a energia emite luz de espetro reduzido.

A luz emitida pode ser visível, ou não visível (Infravermelhos, ultravioletas).

A luz é monocromática e produzida pelas interações energéticas dos elétrons.

A sua utilização era, até pouco tempo, exclusiva dos indicadores de funcionamento de outros aparelhos(ligado, desligado por exemplo), sinalizadores luminosos(relógios ou mostradores).

Nos dias de hoje, passou a ser usado em iluminação direta substituindo a iluminação convencional e as telas de televisão e monitores à medida que a relação luminosidade/consumo vai aumentando.

O processo de emissão de luz pela aplicação de uma fonte elétrica de energia é chamado eletroluminescência.

 


Em qualquer junção P-N polarizada diretamente, dentro da estrutura, próximo à junção, ocorrem recombinações de lacunas e elétrons.


Led - SMD

Led SMD funciona da mesma forma que um convencional.

A diferença é na fabricação, montagem em superfície.

Especificamente, é um diodo emissor de luz que é montado e soldado sobre a placa de circuito.


Uma vez que não tem ligações as suas dimensões são mais reduzidas que um Led convencional.

O calor emitido pelo componente é muito reduzido tornando-os particularmente úteis em espaços de reduzida dimensão.

Identificação e Ligações do Led

Um Led deve ser ligado de forma correta, o circuito de ligação deve ter o + para o ânodo e - para o cátodo.


O cátodo é a ponta mais curta e deve ter um corte no lado da cápsula do Led.


Se olharmos para o interior do Led, o ânodo é o eletrodo maior.


Os Leds podem ficar danificados por ligação incorreta ou na soldadura.



O risco a soldar é baixo, exceto se demorar demasiado tempo.

Não são necessárias precauções especiais para soldar a maior parte dos Leds.

Cores dos Leds

Os Leds estão disponíveis nas cores, Vermelho, Laranja, Amarelo, Verde, Azul e Branco.


As cores branca e azul são mais caras que as restantes cores.


A cor da luz emitida pelo Led é determinada pelo material semicondutor.


Em função do material semicondutor utilizado o Led produz uma ou outra cor.


Led Vermelho:

Fosforeto de Gálio (GaP);

Fosforeto de Gálio e arsénico (GaAsP);

Led Amarelo e Verde:

Fosforeto de Gálio(GaP);

Fosforeto de Indio, Gálio e alumínio(InGaAlP);

Led infra vermelho:

Arseneto de Gálio(GaAs);

Arseneto de Fosforeto de Alumínio e Gálio (GaAlAs).


Tipos de Leds

Leds são produzidos com diferentes formas e tamanhos.

O Led de 5mm cilíndrico é o mais comum, estima-se em 80% a produção mundial.


A cor da cápsula de plástico é muitas vezes igual à cor real da luz emitida, mas nem sempre.

Por exemplo, cápsulas roxas são usadas frequentemente para diodos emissores de luz infravermelha.

Há também Leds para montagens de superfície utilizados nos painéis da maior parte dos equipamentos eletro-eletrônicos.

Podem ainda ser encontrados:

Bicolores

Um diodo emissor luz bicolor tem dois Leds ligados em anti-paralelo em uma única cápsula.

Led de dupla cor pode produzir qualquer uma das três cores, por exemplo, cor vermelha é emitida quando o dispositivo está ligado em um sentido e verde quando em sentido inverso.


Este tipo de ligação bidirecional é útil para dar indicação de polaridade, por exemplo, a ligação correta de baterias ou fontes de alimentação.

Além disso, uma corrente bidirecional produz ambas as cores misturadas em conjunto, se o componente for ligado (através de uma resistência adequada) a uma tensão alternada de baixo valor e baixa frequência.

Tricolores

São compostos por dois leds ligados com cátodo comum.

O mais comum é composto por um Led vermelho e um verde combinados em uma cápsula com os terminais ligados em cátodo comum.



Denominam-se tricolores, porque podem dar uma única cor, ligando apenas o vermelho ou apenas o verde.

Ligando ambos, projeta uma mistura de cor.

Estes dispositivos tricolores ou multicor podem gerar tons adicionais a partir das suas cores primárias (a terceira cor), como o laranja ou amarelo.

Ligando os dois Leds com diferentes valores de corrente, possibilita 4 cores diferentes a partir de apenas duas junções de diodos.

Intermitentes
Usam um circuito integrado interno que provoca a intermitência.

Display de 7 segmentos

Um display de sete segmentos é composto por 8 Leds, 7 formam o algarismo a apresentar e 1 para gerar o ponto decimal.


A sua ligação pode ser feita com o ânodo ou cátodo comum a todos os Leds.


Dependerá do tipo de ligação interna.

A sua utilização é efetuada por um circuito integrado driver que converte a informação para ser visualizada, pode ser utilizado com conversores BCD.



IF max.:

Corrente máxima com o Led ligado corretamente.

VF typ.:

Voltagem típica, VL - É aproximadamente 2V, exceto para os leds azuis que é 4V.

VF max.:

Tensão máxima.

VR max.:

Tensão máxima inversa - Este valor pode ser ignorado se o led estiver ligado corretamente.

Intensidade luminosa:

Brilho do Led com a corrente normal de funcionamento, mcd = millicandela.

Ângulo de projeção de luz:

Standard Leds têm um ângulo de 60°.

Comprimento de onda:

O pico de comprimento de onda visual determina a cor da luz enviada pelo Led.

nm = nanometre.

Testar Led com Multímetro

O multímetro, como aparelho de teste, pode facilmente verificar se o diodo está a funcionar ou não.

O processo de verificação é idêntico ao da verificação de um diodo, no entanto, é ainda mais simples se considerarmos que o diodo vai acender.


Com o multímetro digital, colocar na escala de continuidades, num sentido o Led acende e no outro fica apagada.

Basta isto para verificar se funciona ou não.


Um led deverá ter uma resistência em série para limitar os parâmetros de funcionamento para valores corretos, no entanto, se desejar testar um led sem aparelho de medida, pode utilizar uma resistência de 1KΩ se a alimentação for até 12 volts.

Não esquecer de ligar os terminais corretamente (Ânodo, Cátodo).

Nunca ligue o Led direto na Alimentação.

O Led queimará quase instantaneamente, pois a corrente passará na junção e queimará.

Ligação de Leds em paralelo

Ligar Leds em paralelo com apenas uma resistência de carga, não é uma boa ideia.

Se os Led's tiverem uma tensão(volts) de funcionamento diferente, apenas o Led de menor tensão acenderá e possivelmente ficará destruído.


Se os Leds forem idênticos, podem ligar-se em paralelo, raramente este tipo de ligação oferece benefícios, é preferível e aconselhável usar cada um dos Leds com a sua resistência limitadora ou uma ligação em série com vários Leds.

Ligação de Leds em série


Os Leds podem-se ligar sem problema em série, para uma correta ligação deve ser usado um resistor (resistência) em série, esta resistência tem como função limitar a corrente do Led para que não fique com um valor que exceda a corrente máxima permitida.


A ligação entre vários leds é efetuada ligando o cátodo de um led ao ânodo do Led seguinte.

Para calcular a resistência limitadora as tensões dos leds são somadas.

A utilização de Leds com características diferentes não afeta o seu funcionamento.

Cálculo de resistor(resistência) limitador de um led

O Led e a resistência estão em série, a tensão no Led é o somatório da tensão sobre o resistência, será igual a tensão da fonte (Vfonte)(Vf).



Para calcular precisamos saber o valor da tensão sobre a resistência.

Vf = Vfonte = tensão da fonte em volt(V);

R = Vres.(Ω) / iled (A);

R = resistência em ohms (Ω);

Vres. = tensão sobre o resistor em volts (V);

iled = corrente sobre o led em amperes (A);

Vled = tensão do led em volts(V);

Cálculo de uma resistência de polarização de um Led

Para um Led vermelho (FLV 110), a tensão é de 1,7 V, tensão da fonte de 9V e uma corrente de 15mA ou 0,015A, então teremos:

Vres. = Vfonte - Vled


Vres = 9 - 1,7 = 7,3V

R=Vres/iled R = 7,3 / 0,015 = 486Ω (valor comercial aproximado 560Ω).

Potência resistores:

Pres. = Vres. * iled

Pres. = 7,3 * 0,015 = 0,1095W (usa-se 1/8W)

Ligar a 9, 12 ou 24V


Para ligar um corretamente o diodo emissor de luz, ter-se-á que usar uma resistência adequada para cada tipo, ou seja, vai depender da tensão e consumo do diodo.

Como sei as características?

Cada fabricante ao produzir o componente, emite detalhes com os valores normais de funcionamento, estes valores têm alguma tolerância, no entanto, existem alguns valores padrão.

Para efeito de cálculo, pode-se considerar para um diodo emissor de luz mais comum (5mm).

Para 12V vermelho (1,8V, 20mA) - (12-1,8)/0,020 = 510 (valor mais próximo 560Ω), mas se for o verde (3,5V, 20mA) - (12-3,5)/0,020 = 425 (valor mais próximo 470Ω).

O mesmo processo é usado para calcular tensões de 9V ou qualquer outra.

Ligação Led a 220V ou 110V AC

A ligação do Led diretamente à corrente alternada da rede elétrica(110VAC ou 220VAC) não é possível uma vez que o Led funciona em corrente contínua.



Teremos assim que retificar a corrente alternada e reduzir a tensão.



Embora o circuito tenha possibilidade de funcionar sem o condensador(capacitor) usando em substituição um diodo, a sua utilização protege o circuito de eventuais curto-circuitos e excesso de consumo no Led devido a eventuais avarias.

Ligar o led através de um CI, TTL ou CMOS

Para conectar mais do que um Led ao mesmo tempo, a corrente de carga pode ser muito elevada para o circuito integrado.



Em vez da saída direta pelo circuito integrado, usar um transistor bipolar que suporte o número de diodos necessários.


A resistência R é necessária para limitar a corrente.

Usando o transistor como comutador


O transistor pode ser usado como comutador e permite ligar vários diodos em série.



O Led Explicado de Maneira Diferente

O Led branco

Todo Led é um diodo, com a característica adicional de emitir luz.

FIGURA 1

Internamente, os diodos são formados por uma junção semicondutora de silício PN.

Quando a junção está polarizada diretamente, o diodo conduz.

Isto ocorre quando o ânodo é ligado ao positivo e o cátodo ligado ao negativo da fonte de energia.

A junção permite a passagem da corrente apenas em uma direção, da mesma forma que uma válvula retentora em instalações de água.

A junção semicondutora, quando polarizada diretamente, não começa a conduzir de imediato.

Para que isto ocorra, é necessário ultrapassar a barreira de potencial.

Esta barreira é a tensão mínima para o dispositivo iniciar a condução.

No caso dos Leds, para fazê-los emitir luz.

A barreira de potencial é chamada também de queda de tensão, pois é justamente isto o que ela faz.

Se ligarmos dois diodos em série, por exemplo, a tensão necessária para que eles comecem a conduzir será a soma das barreiras de potencial de cada um.

O valor desta queda de tensão varia conforme o tipo de semicondutor.

Diodos comuns de silício, conduzem a partir de 0,5V.

Diodos Schottky, utilizados em fontes de PC, por exemplo, tem uma queda de tensão que pode começar em 0,13V, nos componentes de maior potência.

Já os Leds, apresentam barreiras de potencial variadas, que começam em 1,5V para o Led infravermelho e vão até 3,8V, para o Led ultravioleta.

Acionamento dos Leds:

a queda de tensão é dependente da corrente que percorre o componente.

No caso do Led branco, a queda de tensão começa em 2,5V (com corrente menor que 1mA) e vai até 3,7V, com 20mA de consumo.

FIGURA 2

No eixo horizontal, está a tensão (v) sobre os terminais do diodo. No eixo vertical, é informada a corrente (i) que passa pelo componente.

Os Leds iluminam quando estão trabalhando dentro da região de polarização direta, mais especificamente na faixa de tensões de 2,5 a 3,7V.

É a parte da curva que se assemelha a um joelho.

Por causa da elevada queda de tensão, os Leds brancos não conseguem ser avaliados como diodos pelos multímetros digitais comuns.

Na escala de continuidade, que costuma ser também para diodo, o multímetro fornece uma pequena corrente para a medição.

O que o multímetro mede, na escala de diodos, é o tamanho da barreira de potencial da junção semicondutora do componente.

Ou seja, a sua queda de tensão, relativa à corrente fornecida pelo instrumento.

E a escala de diodos costuma alcançar até 2V.

Como os Leds brancos apresentam uma queda de tensão acima de 2,5V, o multímetro indicará circuito aberto, apesar de conseguir iluminar fracamente o Led.

A polarização reversa e a disrupção

O gráfico da figura 2 está dividido em 3 áreas:

a região de polarização direta (comentada acima), a região de polarização reversa e a região de ruptura.

Cada uma destas partes tem características particulares e fornece informações preciosas para entendermos os diodos.

A região de polarização reversa é aquela formada quando a junção semicondutora do Led está inversamente polarizada (é o componente ligado errado, situação em que ele não funciona).

A junção apresenta o mesmo comportamento da polarização direta, com a diferença que a barreira de potencial reversa é maior.

No caso dos Leds brancos, a barreira de potencial reversa (ou tensão reversa admissível) situa-se geralmente entre -5 e -6V.

Diodos comuns tem esta barreira de potencial muitíssimo maior:

o diodo 1N4007, por exemplo, pode receber até 1000V de tensão reversa, sem qualquer dano.

Como curiosidade, há componentes que tiram proveito da região de ruptura, como os diodos zenner e os fotodiodos.

Corrente de fuga

Nota-se, na figura 2, que dentro da região de polarização reversa, há uma pequena corrente de fuga, que aumenta lentamente com a elevação da tensão negativa.

Após ultrapassada esta região, ocorre a disrupção, com a consequente corrente de avalanche, que pode queimar o componente.

Com Leds brancos, isto é muito fácil de acontecer, pois o ponto de disrupção é somente a -5 ou -6V.

Se o Led não tiver o diodo ESD (comentado mais adiante), a tensão reversa será para ele uma séria ameaça.

A razão é que, quando aplicada tensão invertida no chip, começa a ocorrer a migração dos portadores minoritários.

Quando um diodo é polarizado inversamente, a camada P fica ligada ao negativo.

Ela tem os portadores minoritários de carga, que são atraídos para o polo positivo (que neste caso está ligado à camada N).

Isto resulta em uma corrente de fuga, que é incrementada pelas lacunas da camada N, atraídas para o lado negativo.

A migração tende a aumentar a corrente de fuga e diminui o desempenho do Led, podendo inutilizá-lo.

Os fabricantes recomendam literalmente que sejam tomados todos os cuidados necessários no projeto dos circuitos de acionamento, para que os Leds nunca recebam tensão reversa.

Tudo para evitar uma falha prematura destes componentes e deixá-los longe da corrente de avalanche.

Olhando o Led bem de perto

Uma coisa que chama a atenção, quando olhamos detalhadamente os Leds brancos, é que, internamente, eles não são conectados como os Leds vermelhos.

Há um fio de ouro a mais na pastilha de silício, que é ligado ao negativo.

Na figura 3, pode-se ver um Led RGB, onde a cor verde está à esquerda, a vermelha no centro, e a azul à direita.

Percebe-se a semelhança das ligações dos Leds verdes e azuis, que tem dois fios cada um.

A pastilha mais escura, a vermelha, somente tem um fio de ligação.


Um Led branco, bem de perto, aparece na figura 4, ao passo que na figura 5 temos um Led vermelho.

A diferença entre as ligações é evidente.

Figura 3 – Led RGB, modelo 5050, em detalhe

Figura 4 – Led branco em detalhe

Figura 5 – Led vermelho em detalhe

Figura 6 – Patente Matsushita de Led azul com camada fluorescente

Figura 7 – Modelo da pastilha de silício de um Led branco

Uma patente da Matsushita, que mostra como fazer um Led azul emitir outras cores, com a aplicação de uma camada fluorescente, tem a forma de ligação muito semelhante à utilizada atualmente na montagem dos Leds brancos(figura 6).

Na figura 7, tem um desenho do modelo de pastilha de silício utilizada para fazer o Led branco.

A razão de existirem duas ligações no chip é que o substrato (camada de base) mostrado no modelo é óxido de alumínio (Al2O2).

Que é, em princípio, um isolante.

Já existem tecnologias, em uso nos Leds mais sofisticados, que fazem as conexões por debaixo da pastilha.

O processo de fabricação do Led branco

Sabia que os Leds brancos são, na verdade, azuis?

Atualmente, há 3 modos de construir um Led branco, segundo a Rohm.

Na figura 8a, está o primeiro:

são montadas 3 pastilhas (chips) no mesmo invólucro, cada uma emitindo uma cor.

As cores seguem o padrão RGB (Red, Green e Blue, ou vermelho, verde e azul) dos televisores e monitores.

Quando os 3 chips são ligados simultaneamente, a luz resultante é branca.

Para exemplificar, temos um Led RGB, com encapsulamento SMD, modelo 5050, soldado em uma fita de circuito impresso flexível, cuja camada de silicone transparente foi retirada, para dar mais clareza às fotos.

Na figura 9, ele aparece desligado, onde é possível ver os 3 chips, correspondentes às cores.

Ao lado, na mesma figura, aparece o Led completamente ligado, formando a luz branca.

A figura 10 exibe as pastilhas do invólucro, levemente excitadas, uma de cada vez.

Neste caso, como cada Led dentro do encapsulamento pode ser acionado separadamente, o componente tem a capacidade de emitir diversas cores.

É só dosar a corrente para cada uma das 3 pastilhas (cores).

Comercialmente, há circuitos, chamados controladores RGB, que fazem esta dosagem de corrente e permitem ao usuário escolher a cor desejada.

Inclusive, alguns tem controle remoto.

Figura 8 – Métodos construtivos dos LEDs brancos

O segundo método de construção (figura 8b), utiliza um Led que emite luz no ultravioleta próximo e excita os pigmentos de fósforo depositados logo acima.

Cada pigmento responde por uma das três cores RGB.

O terceiro método (figura 8c) é o mais utilizado atualmente.

É aplicada uma camada fluorescente amarela, que quando combinada com o Led azul, emite a luz branca.

Para melhorar a reprodução das cores, são adicionados outros pigmentos que corrigem a temperatura de cor.

Na figura 11, aparecem 2 Leds de potência, montados em dissipador estrela.

O da esquerda emite luz branca quente (3000 a 4000 K) e o outro, luz branca fria (6000 a 7000 K).

Pode-se notar a pequena diferença de tonalidade da camada fluorescente.

Figura 9 – Led RGB, montado em fita, pronto para ligação em 12V

A cobertura de silicone da fita foi removida, para melhor clareza da foto.

Figura 10– Led RGB, com uma cor acionada por vez

Figura 11 – Leds de potência, o da esquerda emite luz branca quente e o outro, luz branca fria

A camada de fluorescência amarela pode ser aplicada de duas formas.

Uma delas é mostrada na figura 12a:

os pigmentos são misturados à resina de encapsulamento do Led.

Revendo a figura 11, percebe-se que aqueles Leds foram montados com este método.

Na figura 12b, aparece a outra forma de aplicar a camada fluorescente:

diretamente sobre a pastilha de silício.

A figura 13 exibe a utilização deste processo de fabricação, em um Led da Osram, da linha Golden Dragon Plus.

Figura 12 – Formas de aplicação da camada fluorescente amarela

Figura 13 – Led com a camada fluorescente colocada diretamente sobre a pastilha

O espectro de emissão

Diante de tantos métodos para melhorar a reprodução de cores e tentar aproximar-se do índice conseguido pelas incandescentes, ocorreram diversos progressos, nos últimos anos.

Mas ainda temos muito de ilusão de ótica, pois o que parece branco é apenas uma mistura bem equilibrada de poucas cores individuais.

Há vários tons que simplesmente não são emitidos.

Como exemplo, a figura 14 mostra um espectrograma de emissão de um Led RGB, proveniente da Photal.

Aquela mistura de apenas 3 cores faz enxergarmos o branco.

Mas todos os outros tons tem emissões mais fracas ou até nulas.

É isto que afeta o índice de reprodução de cores (IRC ou CRI = Color Reproduction Index), que nas lâmpadas incandescentes pode chegar a 100%.

Para entender melhor o espectro eletromagnético dentro dele, a parte que cabe à luz visível, figura 15.

Nela, pode-se ver o espectro de luz visível, com as cores e respectivos comprimentos de onda.

A luz visível corresponde, em média, à faixa entre 390 a 700 nanômetros.


Nanômetro (nm) é a unidade do comprimento de onda da frequência da luz (a cor).

Ou seja, a unidade nm indica o tamanho da onda de determinada cor.

Um nanômetro corresponde à milionésima parte do milímetro, ou seja, um milímetro dividido em um milhão de pedaços.

Na figura 16, aparece uma sobreposição de 8 distribuições espectrais da linha de Leds brancos da Luxeon, a Rebel ES.

São Leds de alto desempenho (125 lumens/W), específicos para lâmpadas e luminárias, que trabalham nas temperaturas de cor entre 2700K e 5650K.

Muito semelhantes, portanto, às lâmpadas incandescentes.

Para mais detalhes, consultar a Philips Luxeon.

Na figura 17, é mostrado o espectro de emissão de três lâmpadas – fluorescente, incandescente e Led – de mesma temperatura de cor (3000K).

Outra imagem, muito didática (figura 18), mostra um comparativo entre as emissões do sol e 3 tipos de lâmpadas.


Ver os gráficos em perspectiva parece facilitar bastante as comparações.

Figura 14 – Espectrograma da radiação de um Led RGB

Figura 15 – Espectro de luz visível e comprimentos de onda correspondentes


Figura 16 – Sobreposição de 8 distribuições espectrais de Leds da Philips Lumileds (Luxeon), linha Rebel ES

As temperaturas de cor vão de 2700K a 5650K.

Figura 17 – Distribuição espectral de 3 tipos lâmpadas de 3000K

Fluorescente, incandescente halógena e Led.

Figura 18 – Espectro de emissão comparativo entre o sol (ao fundo) e, vindo para a frente, o Led, a lâmpada incandescente e a fluorescente compacta

Nota-se que ainda é necessário melhorar três pontos.

O principal é a faixa entre 450 e 500 nanômetros (nm), que corresponde a um trecho entre o azul claro e o ciano.

Depois, tem a faixa acima de 650 nm, que puxa para o vermelho vivo e a parte abaixo de 470 nm, pertencente ao violeta.

Apesar disso, já existem Leds comerciais na faixa infravermelho e ultra-violeta, que estão nos extremos do espectro visível.

A sensibilidade à descarga eletrostática

Todos os fabricantes, sem exceção, comentam, nos textos técnicos, o problema das descargas eletrostáticas (ESD = ElectroStatic Discharge).

É importante dar atenção a este problema, porque ele pode reduzir severamente a vida útil dos componentes eletrônicos.

Quem lida com Leds brancos – na verdade, com eletrônica em geral -, precisa ter proteção contra descargas eletrostáticas na bancada.

Ela é composta por diversos equipamentos antiestáticos (aterramento, manta, pulseira, ferramentas, móveis, embalagens, etc.).

O motivo desta precaução é que os componentes eletrônicos atuais são muito mais sensíveis que os de décadas passadas, por causa da miniaturização das pastilhas de silício.

Assim, pequenas descargas, que antigamente causavam “cócegas” nos semicondutores, hoje podem queimá-los.

As perdas na indústria, decorrentes de descargas de eletricidade estática, ficam na faixa de 8 a 33%.

A geração de eletricidade estática ocorre principalmente através do contato e separação de dois materiais, que é conhecido como carregamento triboelétrico.

O efeito é causado pela transferência de elétrons de um material para outro.

O material de um lado, que recebe elétrons, torna-se cada vez mais negativo, ao passo que o outro, que perde elétrons, fica mais positivo.

O nome “eletricidade estática” é usado porque as cargas elétricas não fluem, elas ficam estacionadas (estáticas) na superfície.

Conforme o material, a carga poderá durar mais ou menos tempo.

Por exemplo, uma pessoa caminhando sobre um carpete (ou alcatifa, ou tapete).

Os sapatos fazem justamente aquele contato e separação entre as superfícies.

Em dias secos, com até 25% de umidade, a pessoa poderá gerar até 35kV.

Se a umidade estiver alta (maior que 65%), ainda poderão ser gerados 1500V.

Por isto que muitos “levam um choque” ao tocar uma superfície ou ao pegar o ônibus.

Obviamente, a tensão da descarga é elevada e a corrente também, mas o corpo humano só consegue guardar energia equivalente a um capacitor de 100 a 150pF, suficiente apenas para dar um estalo audível e causar algum desconforto.

Claro, se houver gases inflamáveis por perto, a situação pode ficar muito perigosa.

A chamada série triboelétrica caracteriza uma lista de materiais que podem ou não atrair cargas elétricas.

A lista é classificada em materiais que atraem cargas negativas, que são neutros, ou que atraem cargas positivas.

O corpo humano é o que mais se carrega positivamente, ao passo que o teflon é o que tem maior propensão de obter carga negativa.

O aço e o algodão são considerados neutros.

Roupas sintéticas, portanto, podem ajudar a gerar eletricidade estática.

Um evento de descarga eletrostática (ESD event) ocorre quando existe um corpo carregado eletricamente e outro que, quando fica próximo, subitamente recebe esta carga.

O corpo humano é causa frequente de eventos ESD.

A descarga geralmente ocorre sem contato físico.

É uma pequena faísca entre os dois pontos próximos.

Os danos causados por estes eventos são determinados pela capacidade dos dispositivos em dissipar a energia da descarga ou de suportá-la.

Esta característica dos componentes é conhecida como ESD sensitivity (sensibilidade a descarga eletrostática).

Figura 19 – Comportamento, ao longo do tempo, do Led branco, quando submetido a descargas eletrostáticas

Uma imagem altamente esclarecedora sobre o comportamento dos Leds, com relação a surtos de descarga eletrostática, é mostrada na figura 19.

As curvas mostradas são referentes à região de polarização direta.

A curva mais da esquerda é a normal, muito semelhante à figura 2.

Conforme o dano vai aumentando, a corrente necessária para o Led ligar é cada vez maior, pois o “joelho” da curva vai subindo, até um estágio onde o Led não liga mais.

O “joelho” da curva é justamente a região de operação do Led.

Conforme informação da página da empresa, as descargas de eletricidade estática geralmente estão associadas à polarização reversa.

Os Leds azuis e verdes são muito mais sensíveis a tensões reversas do que os vermelhos.

Para evitar este problema, os fabricantes colocam um diodo de proteção contra descargas eletrostáticas (diodo ESD), dentro do invólucro do Led, quando o espaço – ou o custo-benefício – permite.

A figura 20 dá uma ideia de como é o processo em um Led RGB.

Pode-se comparar este modelo com aquele outro, que tem a mesma referência, na figura 3, mas não tem as proteções.

Aliás, Leds brancos muito baratos geralmente não tem diodo ESD.

Na figura 21, são mostradas algumas formas utilizadas pelos fabricantes para implementar uma proteção contra ESD.

O desenho do Led SMD aqui mostrado pode ser comparado ao Led da Osram, na figura 13, onde se vê claramente a ligação do diodo ESD.

Figura 20 – Diodos ESD encapsulados, um para cada cor, num Led RGB

Figura 21 - Formas de implementar o diodo de proteção contra ESD em Leds

Figura 22 – Diodo zenner, em paralelo com o conjunto de Leds

Mas o diodo ESD não pode fazer tudo, porque geralmente ele protege contra surtos até 3kV, dependendo do fabricante.

É necessário tomar outras precauções contra descargas eletrostáticas, no projeto do equipamento que utilizará Leds.

Continuando com a Osram, há uma orientação para ajudar na proteção contra descargas eletrostáticas, no caso de vários Leds ligados em série:

colocar um diodo zener em paralelo com todos os Leds, como mostra a figura 22.

No caso de ocorrer um evento ESD, a tensão do zener é ultrapassada e ele oferece um outro caminho para escoar a corrente elétrica.

A tensão do zenner deve ser maior do que a soma das quedas de tensão de todos os Leds.

Além disso, o artigo da Osram aborda os equipamentos necessários para uma área de trabalho protegida contra eletricidade estática, as características construtivas dos Leds e o que acontece no nível microscópico com as pastilhas de silício, quando submetidas a descargas eletrostáticas.

Por último, há uma lista de checagem para controle de ESD (ESD Control Checklist).

O surtos de corrente

Outro problema é causado por surtos de corrente sobre os Leds, nos instantes de chaveamento.

Leds são dispositivos sensíveis às variações de corrente.

Por isto, os projetistas devem estar atentos para evitar picos de corrente quando implementam seus circuitos de acionamento.

Pode-se comparar o comportamento destes circuitos com uma mangueira de jardim.

Com a torneira aberta, mas o bico da mangueira fechado, a pressão na mangueira será máxima.

No momento de abertura do bico, a pressão existente faz a água fluir subitamente sobre o pequeno orifício de saída.

Logo após, o fluxo estabiliza.

Todos provavelmente já viram o esguicho de água sair no momento de abertura do bico da mangueira.

O tempo que leva para o fluxo cair até um nível normalizado é suficientemente rápido para muitos não darem importância a este esguicho inicial.

Similarmente, nos circuitos elétricos, o tempo necessário para a corrente cair a um nível regular é muito rápido para ser notado.

Na verdade, nós usualmente pensamos que o Led liga imediatamente.

Entretanto, os semicondutores reagem milhões de vezes mais rápido que os humanos.

Um pulso de corrente muito curto – com a duração de alguns milissegundos – pode destruir uma pastilha semicondutora.

Para demonstrar claramente este efeito, vamos considerar um simples circuito, formado por uma fonte de corrente, uma chave e um conjunto de Leds, ligados em série (figura 23).

Neste exemplo, vamos assumir que a máxima queda de tensão (Vf) do conjunto de Leds é de 36V.

As especificações da fonte incluem uma corrente direta (If) de 350mA a 50V no máximo – similar a uma típica fonte de 25W para estes dispositivos.


Figura 23 – Circuito hipotético de acionamento de Leds

O circuito limita a corrente em 350mA quando a chave é ligada.

Mas, quando a chave é aberta, o fluxo de corrente para e o circuito é incapaz de autorregular-se.

Num pequeno espaço de tempo, a tensão na saída da fonte sobe até atingir os 50V das especificações técnicas.

Isto é fácil de ser verificado pela medição da tensão entre os terminais da fonte (o voltímetro da figura 23).

A saída da fonte de alimentação, mais a fiação, atuam como um grande capacitor, armazenando carga, da mesma forma que a canalização da água das residências.

Quando a chave é fechada, esta carga flui rapidamente através do circuito, até que a fonte de alimentação começa a estabilizar.

Só que a carga total na fiação pode ser suficiente para destruir um semicondutor (como um Led), naquele pequeno intervalo de tempo.

Prevenir surtos de corrente destrutivos é tarefa do projetista.


Para um leigo, a diferença entre um surto de corrente e um acionamento tipo arranque suave é melhor visualizada num gráfico.

Na figura 24 o eixo y corresponde à corrente (lado esquerdo, em mA) e tensão (lado direito, em V), versus tempo (eixo x, horizontal, em milissegundos).

Há três áreas de interesse nestas curvas:

antes do acionamento do dispositivo (off), durante o tempo que a fonte leva até regular a corrente, e após a corrente estabilizar.


Figura 24 – Comportamento do circuito da figura anterior, ao ser ligado

Figura 25 – Comportamento do circuito com partida suave

Utilizando a lei de Ohm, (tensão é igual a corrente multiplicada pela resistência, ou V=RI), nós podemos calcular a corrente através do Led.

É fácil ver no gráfico da figura 24 como o transiente de tensão injeta um grande pico de corrente no Led.

Neste caso, três vezes maior que o valor projetado de 350mA.

Estes picos de corrente podem causar dano permanente para qualquer semicondutor, como circuitos integrados, microprocessadores e, claro, os Leds.

Através da especificação de um arranque suave, os indesejáveis surtos podem ser facilmente evitáveis.

Um circuito de partida suave garante que a fiação esteja a 0V quando a chave é aberta (figura 25).

Com o fechamento da chave, a corrente sobe de zero até o nível desejado, sem o pico de corrente mostrado na figura anterior.

Isto é análogo a deixar a mangueira com o bico destrancado, quando a torneira é aberta.

Leva um pequeno tempo até a água alcançar a mangueira, e quando isto acontece, o fluxo está na intensidade desejada.

Peculiaridades dos Leds brancos

Há outras características interessantes sobre os Leds brancos, que podem ajudar a utilizá-los e manuseá-los melhor.

Para os Leds brancos emitirem uma cor estável, devem trabalhar sempre acima de 10% da capacidade máxima de corrente.

O mesmo texto também alerta que alguns Leds não toleram limpeza por ultrassom, ao passo que o datasheet do Led SMD 5050 da Wah Wang orienta que seja usada potência abaixo de 15W e o banho de limpeza tenha menos de 1 litro.

A Osram também não recomenda a limpeza por ultrassom.

E todos os fabricantes pesquisados aceitam ou recomendam a limpeza dos Leds com álcool isopropílico.

A corrente de trabalho

Talvez a característica mais importante do Led seja a corrente de trabalho.

Apesar dos Leds apresentarem uma queda de tensão, eles não podem ser considerados como resistores, pois não oferecem qualquer limitação de corrente.

Se ligarmos uma fonte de alimentação de 4,5V diretamente em um Led branco, ele irá consumir toda a corrente elétrica que a fonte puder suprir, pois a resistência do Led, quando conduzindo, é quase nula.

Como a corrente é I=V/R, e R neste caso, tende a zero, a corrente tenderá a um valor infinito (V, de qualquer valor, dividido por um valor muito menor).

Na prática, há outros fatores limitantes envolvidos, mas a intenção aqui é dar uma ideia do comportamento do circuito.

Se formos olhar novamente a figura 2, o trecho de que estamos falando é a parte vertical da curva, logo após o “joelho”, dentro da região de polarização direta.

É quando a corrente sobe infinitamente, após ultrapassar 3,7V.

Relembrando:

os Leds trabalham (emitem luz) apenas na parte anterior a este ponto, dentro do “joelho”.

Acima disso, queimam, quando é ultrapassada a corrente máxima para a qual foram projetados.

Por isto, uma conexão direta do Led à fonte de energia, sem limitação de corrente, é desaconselhada.

Mas existem no mercado muitas lanternas de Led que utilizam esta condenável forma de ligação, pois confiam na baixa capacidade de corrente das pilhas.

A ideia é simples:

se a corrente é muito alta, naturalmente as pilhas irão baixar a tensão (diminuindo a corrente) e o circuito entrará em equilíbrio.

Mas os Leds vão perdendo a capacidade de iluminação com o tempo, que é culpa, em boa parte, do surto inicial de corrente a que são submetidos.

Isto ocorre porque, como os Leds não são idênticos (apresentam quedas de tensão diferentes), quando ligados em paralelo um deles entrará em funcionamento primeiro, por causa da barreira de potencial menor.

Ele receberá toda a corrente das pilhas, numa intensidade muito alta.

Daí, como a corrente de trabalho mais alta sobre o Led aumenta sua queda de tensão, os outros Leds começarão a ligar.

Isto acontece numa fração de segundo.

Mas o dano já está feito (rever figura 19).

No curto prazo, os Leds não ligam mais.

Limitando a corrente no Led – o modo mais simples