Diodo Emisor de Luz (LED)

El diodo emisor de luz, o simplemente LED, es una de las fuentes de luz más utilizadas en la actualidad. Tiene una amplia gama de aplicaciones que van desde su teléfono móvil hasta grandes vallas publicitarias. Se utilizan sobre todo en dispositivos que indican la hora y muestran distintos tipos de datos.

¿Qué es un LED?

Un Diodo Emisor de Luz (LED) es un dispositivo semiconductor que emite luz cuando una corriente eléctrica fluye a través de él. Cuando la corriente pasa a través de un LED, los electrones se recombinan con huecos emitiendo luz en el proceso. Los LEDs permiten que la corriente fluya en dirección directa y bloquean la corriente en dirección inversa.

Los diodos emisores de luz son uniones p-n fuertemente dopadas. En función del material semiconductor utilizado y de la cantidad de dopaje, un LED emitirá luz coloreada en una determinada longitud de onda espectral cuando esté en polarización directa. Como muestra la figura, un LED está encapsulado con una cubierta transparente para que pueda salir la luz emitida.

Es probable que trabajes mucho con LEDs cuando empieces a aprender electrónica. Son económicos y fáciles de usar, y son una excelente manera de comprobar si su circuito funciona correctamente o no.

Símbolo LED

El símbolo del LED es el símbolo estándar de un diodo, con la adición de dos pequeñas flechas que denotan la emisión de luz.

Circuito LED Sencillo

La siguiente figura muestra un circuito LED sencillo.

El circuito consta de un LED, una fuente de voltaje y un resistor para regular la corriente y el voltaje.

Normalmente, un LED necesita entre 2 y 3 voltios y entre 1 y 10 mA para encenderse. Pero esto varía según el tipo de LED. La forma más fácil de obtener esta información es buscarla en la hoja de datos (voltaje directo del LED y corriente de prueba) o preguntar en la tienda donde lo compraste.

No tienes que preocuparte demasiado por la tensión. Para la mayoría de los LEDs estándar, si tienes una tensión de unos 9 V y utiliza un resistor en serie de entre 1 kΩ y 10 kΩ, el LED «captará» la tensión que necesita.

Si un LED recibe demasiada corriente, se calentará mucho y se estropeará. Por eso está la resistor, para controlar la cantidad de corriente que pasa por el LED. La única vez que no necesitas al resistor es cuando tienes una batería u otra fuente de voltaje que proporciona exactamente el voltaje que tu LED necesita.

Cómo Funciona un Diodo Emisor de Luz

Para entender cómo funciona un diodo emisor de luz, hay que entrar en la parte física de los semiconductores. Explicado de forma sencilla, el LED es similar a un diodo estándar, pero con el añadido de un fenómeno llamado electroluminiscencia.

El LED está hecho de materiales electroluminiscentes, como el fosfuro de galio, y tiene una unión p-n, igual que un diodo estándar.

Cuando el diodo está en polarización directa, los electrones minoritarios se envían de p → n, mientras que los huecos minoritarios se envían de n → p. En el límite de la unión, aumenta la concentración de portadores minoritarios. El exceso de portadores minoritarios en la unión se recombina con los portadores de cargas mayoritarias.

La energía se libera en forma de fotones al recombinarse. En los diodos estándar, la energía se libera en forma de calor. Pero en los diodos emisores de luz, la energía se libera en forma de fotones. Este fenómeno se denomina electroluminiscencia. La electroluminiscencia es un fenómeno óptico y eléctrico en el que un material emite luz en respuesta a una corriente eléctrica que pasa a través de él. A medida que aumenta el voltaje directo, la intensidad de la luz aumenta y alcanza un máximo.

¿Qué Determina el Color de un LED?

El color de un LED viene determinado por el material utilizado en el elemento semiconductor. Los dos principales materiales utilizados en los LED son las aleaciones de fosfuro de aluminio, galio e indio y las aleaciones de nitruro de indio y galio. Las aleaciones de aluminio se utilizan para obtener luz roja, naranja y amarilla, y las aleaciones de indio para obtener luz verde, azul y blanca. Ligeros cambios en la composición de estas aleaciones modifican el color de la luz emitida.

Propiedades de la Luz Láser

La luz láser es monocromática, direccional y coherente.

• La luz láser es monocromática: A diferencia de la luz blanca, que se compone de siete colores, la luz láser se compone de un solo color.
• La luz láser es direccional: La luz láser es altamente direccional.
• La luz láser es coherente: La luz láser es coherente porque sus longitudes de onda están en fase en el espacio y el tiempo.

Usos del LED

Los LEDs se utilizan en diversos campos, como la comunicación óptica, los sistemas de alarma y seguridad, las operaciones por control remoto, la robótica, etc. Su uso se debe a su larga duración, bajo consumo, rápida respuesta y capacidad de conmutación. A continuación se indican algunos usos estándar de los LED:

• Utilizado para retroiluminación de televisores
• En indicadores de semáforos, carteles y señales
• Utilizado en pantallas
• En mandos a distancia
• En las luces de los automóviles y bicicletas

Tipos de LED

A continuación se enumeran los distintos tipos de LED diseñados con semiconductores:

• LEDs miniatura
• LED de Alta Potencia
• LED flash
• Bicolores y Tricolores
• LED rojo, verde y azul
• LED alfanuméricos
• LED de iluminación

Cómo Conectar un LED

Un LED tiene dos patillas: ánodo y cátodo:

El ánodo es la patilla más larga. Es la patilla que se conecta a la tensión más positiva. El cátodo es la patilla que se conecta a la tensión más negativa.

Deben estar conectados correctamente para que el LED funcione. Si los conectas en la dirección opuesta no fluirá corriente, igual que con los diodos estándar.

Además de conectar el LED con la orientación correcta, es importante conectarlo en serie con un resistor para limitar su corriente. Un resistor conectado en serie con un LED se denomina resistor limitador de corriente.

Cómo Hacer Parpadear un LED

Si quieres hacer parpadear un LED, necesitas construir un circuito oscilador que encienda y apague el LED. Existen LEDs con este circuito incorporado. Pero los LEDs normales no parpadearán sin este circuito.

Hay varias formas de hacer parpadear un LED, pero una de las más fáciles de construir y entender es el circuito de LED parpadeante basado en una puerta NOT.

Cómo Ajustar el Brillo de un LED

Hay dos formas de ajustar el brillo de un LED.

(1) Puedes encender y apagar el LED realmente rápido (usando PWM), y la proporción entre estar encendido y apagado decidirá cómo de brillante parecerá el LED al ojo humano:

(2) O puedes controlar la corriente que pasa por el LED, lo que se traduce directamente en luminosidad. A más corriente, más luminosidad. El resistor en serie con el LED determina la corriente. Así que cambiando la resistencia del resistor, puedes cambiar la luminosidad.

Un potenciómetro es un resistor variable. Si pones el potenciómetro en serie con el LED, puedes girar la perilla del potenciómetro para ajustar la luminosidad del LED.

Colores de Luz LED

Los LEDs están disponibles en muchos colores. Los colores más comunes son rojo, verde, amarillo, ámbar, azul y blanco. O una combinación de colores, como el LED RGB.

LEDs RGB (LED Multicolor)

Los LEDs RGB son LEDs que tienen tres diodos emisores de luz en su interior: rojo, verde y azul. Controlando el brillo de cada color, puedes combinarlos para crear otros colores.

LEDs Bicolor

Los LEDs bicolor son diodos emisores de luz con dos colores. Están fabricados de tal forma que si configuras la corriente para que fluya en una dirección, obtienes un color, mientras que en la otra dirección, obtienes un color diferente.

Una combinación de colores típica es el rojo y el verde, que se puede utilizar para indicar si el aparato funciona correctamente (verde) o no (rojo).

Display de 7 Segmentos

Los LEDs también se utilizan para construir pantallas. Una de las pantallas más sencillas que se pueden construir con LED es un visualizador de 7 segmentos. Consiste en siete LEDs que puedes encender o apagar para mostrar un número:

Si enciendes todos los segmentos, obtienes un 8. Si enciendes sólo los segmentos b y c, obtienes un 1. Estas pantallas son comunes en despertadores y otros lugares donde sólo necesitas mostrar un número.

Ventajas de los Diodos LED

• Tamaño de chip pequeño y bajo coste
• Larga vida útil
• Alta eficiencia energética
• Baja temperatura
• Flexibilidad en el diseño
• Muchos colores
• Ecológico
• Alta velocidad de conmutación
• Alta intensidad luminosa
• Diseñada para enfocar su luz en una dirección determinada
• Menos afectado por daños
• Menos calor irradiado
• Más resistente al choque térmico y a las vibraciones
• Sin presencia de rayos UV

Desventajas de los Diodos LED

• Dependencia de la temperatura ambiente de la potencia de salida radiante y de la longitud de onda del LED.
• Sensibilidad a los daños por exceso de tensión y/o de corriente.
• La eficiencia global teórica sólo se alcanza en condiciones especiales de frío o de pulsación.