Da Il termine "LED" è un acronimo che sta per "Light Emitting Diode",
ovvero "diodo che emette luce". I led sono costituiti da una giunzione
P-N realizzata con arseniuro di gallio o con fosfuro di gallio,
entrambi materiali in grado di emettere radiazioni luminose quando
siano attraversati da una corrente elettrica; il valore di tale
corrente è compreso fra 10 e 30 mA.
Il funzionamento del led si basa sul fenomeno detto
"elettroluminescenza", dovuto alla emissione di fotoni (nella banda del
visibile o dell'infrarosso) prodotti dalla ricombinazione degli
elettroni e delle lacune allorchè la giunzione è polarizzata in senso
diretto.
I led hanno un terminale positivo ed uno negativo, e per funzionare
devono essere inseriti in circuito rispettando tale polarità; in genere
il terminale positivo è quello più lungo, ma lo si può individuare con
certezza osservando l'interno del led in controluce: come si vede in
figura, l'elettrodo positivo è sottile, a forma di lancia, mentre il
negativo ha l'aspetto di una bandierina.
Quando si utilizza un led, è necessario disporre sempre una resistenza
in serie ad esso, allo scopo di limitare la corrente che passa ed
evitare che possa distruggersi; la caduta di tensione ai capi di un led
può variare da 1,1 a 1,6 V, in funzione della lunghezza d'onda della
radiazione emessa (a lunghezze d'onda minori corrisponde una caduta di
tensione più alta).
Diversamente dalle comuni lampadine, il cui filamento funziona a
temperature elevatissime ed è caratterizzato da notevole inerzia
termica, i led emettono luce fredda, e possono lampeggiare a frequenze
molto alte, superiori al Mhz; se si considera anche che la luce emessa
è direttamente proporzionale alla corrente che li attraversa, i led
risultano particolarmente adatti alla trasmissione di segnali tramite
modulazione dell'intensità luminosa. Uno dei tanti impieghi del led è
ad esempio quello di iniettori di segnali nelle reti a fibre ottiche.
I led più comuni emettono luce rossa, arancio, gialla o verde. In tempi
relativamente recenti si è riusciti a produrre un led caratterizzato
dall'emissione di luce blu chiara, utilizzando il Nitruro di Gallio
(GaN); la disponibilità di un led a luce blu è molto importante poichè
consente di ricreare, insieme alle radiazioni rossa e verde, una
sorgente di luce bianca.
Come si calcola la resistenza in serie al led
Abbiamo già detto che in serie al led occorre inserire una resistenza
per limitare il passaggio di corrente; il valore di tale resistenza può
essere calcolato con la legge di Ohm:
- indichiamo con Vs la tensione di alimentazione cui vogliamo collegare il nostro led
- indichiamo con Vl la caduta di tensione presente ai capi del led (per esempio di 1,4 V)
- indichiamo con I il valore della corrente che vogliamo far passare nel led
Per calcolare il valore della resistenza basterà fare la differenza fra
Vs e Vl e dividere il risultato per I (il cui valore può variare, come
detto, da 20 a 40 mA)
Esempio (vedere figura): vogliamo far funzionare un
led con una tensione di 12 V, limitando la corrente a 20 mA (e cioè a
0,02 A)
R = (12 - 1,4) : 0,02 = 530 ohm (poichè tale valore non esiste in
commercio, useremo il valore standard più vicino, ad esempio 470 oppure
560 ohm)
Un semplice circuito per controllare l'isolamento
Con un led e due transistor si può costruire un semplice circuito utile
per verificare l'isolamento di parti elettriche o per controllare il
buono stato dei condensatori di piccola capacità (vedere figura in
basso). I transistor sono due NPN di piccola potenza (tipo BC547 o
equivalenti); si nota che sulla base di TR1 arriva la corrente
proveniente dall'emettitore di TR2: questo tipo di collegamento viene
definito "configurazione Darlington" e permette di ottenere un elevato
guadagno di corrente.
In breve, una debolissima corrente sulla base di TR2 è in grado di far
accendere il Led che si trova sul collettore di TR1; se per esempio
provate a toccare con una mano l'ingresso IN1 e con l'altra l'ingresso IN2,
vedrete che il led si accende, e si accende tanto di più quanto più
stringete i fili fra le dita. In effetti il led si accende grazie alla
debolissima corrente proveniente dal polo positivo, che attraversa il
vostro corpo (da una mano all'altra) ed arriva alla base di TR2
attraverso la resistenza RB2.
Il condensatore C da 4700 pF serve ad inviare a massa eventuali
disturbi che potrebbero essere captati dall'ingresso, a causa della sua
alta impedenza.
Allo stesso modo, se con i due fili di entrata IN1 e IN2 toccate
qualunque altro materiale od oggetto, potrete verificare il grado di
isolamento esistente: se il led rimane completamente spento,
l'isolamento è totale.
Analogamente è possibile verificare il buon funzionamento dei piccoli
condensatori, di capacità fino a qualche migliaio di pF. Collegando il
condensatore ai due fili di entrata, il led si accenderà per un breve
istante, quindi si spegnerà, più o meno rapidamente a seconda della
capacità del condensatore; se il led rimane acceso, anche debolmente,
vuol dire che il condensatore è in dispersione. Tanto per avere
un'idea, con condensatori di qualche migliaio di pF il led farà solo un
breve lampo; con condensatori da 0,1 µF in su il led rimarrà acceso
alcuni secondi, per spegnersi poi gradualmente.
Potete far funzionare il circuito con una pila da 4,5 V; fate
attenzione a collegare il led in modo che il terminale positivo
corrisponda al positivo dell'alimentazione.
ovvero "diodo che emette luce". I led sono costituiti da una giunzione
P-N realizzata con arseniuro di gallio o con fosfuro di gallio,
entrambi materiali in grado di emettere radiazioni luminose quando
siano attraversati da una corrente elettrica; il valore di tale
corrente è compreso fra 10 e 30 mA.
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Il funzionamento del led si basa sul fenomeno detto
"elettroluminescenza", dovuto alla emissione di fotoni (nella banda del
visibile o dell'infrarosso) prodotti dalla ricombinazione degli
elettroni e delle lacune allorchè la giunzione è polarizzata in senso
diretto.
I led hanno un terminale positivo ed uno negativo, e per funzionare
devono essere inseriti in circuito rispettando tale polarità; in genere
il terminale positivo è quello più lungo, ma lo si può individuare con
certezza osservando l'interno del led in controluce: come si vede in
figura, l'elettrodo positivo è sottile, a forma di lancia, mentre il
negativo ha l'aspetto di una bandierina.
Quando si utilizza un led, è necessario disporre sempre una resistenza
in serie ad esso, allo scopo di limitare la corrente che passa ed
evitare che possa distruggersi; la caduta di tensione ai capi di un led
può variare da 1,1 a 1,6 V, in funzione della lunghezza d'onda della
radiazione emessa (a lunghezze d'onda minori corrisponde una caduta di
tensione più alta).
Diversamente dalle comuni lampadine, il cui filamento funziona a
temperature elevatissime ed è caratterizzato da notevole inerzia
termica, i led emettono luce fredda, e possono lampeggiare a frequenze
molto alte, superiori al Mhz; se si considera anche che la luce emessa
è direttamente proporzionale alla corrente che li attraversa, i led
risultano particolarmente adatti alla trasmissione di segnali tramite
modulazione dell'intensità luminosa. Uno dei tanti impieghi del led è
ad esempio quello di iniettori di segnali nelle reti a fibre ottiche.
I led più comuni emettono luce rossa, arancio, gialla o verde. In tempi
relativamente recenti si è riusciti a produrre un led caratterizzato
dall'emissione di luce blu chiara, utilizzando il Nitruro di Gallio
(GaN); la disponibilità di un led a luce blu è molto importante poichè
consente di ricreare, insieme alle radiazioni rossa e verde, una
sorgente di luce bianca.
Come si calcola la resistenza in serie al led
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Abbiamo già detto che in serie al led occorre inserire una resistenza
per limitare il passaggio di corrente; il valore di tale resistenza può
essere calcolato con la legge di Ohm:
- indichiamo con Vs la tensione di alimentazione cui vogliamo collegare il nostro led
- indichiamo con Vl la caduta di tensione presente ai capi del led (per esempio di 1,4 V)
- indichiamo con I il valore della corrente che vogliamo far passare nel led
Per calcolare il valore della resistenza basterà fare la differenza fra
Vs e Vl e dividere il risultato per I (il cui valore può variare, come
detto, da 20 a 40 mA)
Esempio (vedere figura): vogliamo far funzionare un
led con una tensione di 12 V, limitando la corrente a 20 mA (e cioè a
0,02 A)
R = (12 - 1,4) : 0,02 = 530 ohm (poichè tale valore non esiste in
commercio, useremo il valore standard più vicino, ad esempio 470 oppure
560 ohm)
Un semplice circuito per controllare l'isolamento
Con un led e due transistor si può costruire un semplice circuito utile
per verificare l'isolamento di parti elettriche o per controllare il
buono stato dei condensatori di piccola capacità (vedere figura in
basso). I transistor sono due NPN di piccola potenza (tipo BC547 o
equivalenti); si nota che sulla base di TR1 arriva la corrente
proveniente dall'emettitore di TR2: questo tipo di collegamento viene
definito "configurazione Darlington" e permette di ottenere un elevato
guadagno di corrente.
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In breve, una debolissima corrente sulla base di TR2 è in grado di far
accendere il Led che si trova sul collettore di TR1; se per esempio
provate a toccare con una mano l'ingresso IN1 e con l'altra l'ingresso IN2,
vedrete che il led si accende, e si accende tanto di più quanto più
stringete i fili fra le dita. In effetti il led si accende grazie alla
debolissima corrente proveniente dal polo positivo, che attraversa il
vostro corpo (da una mano all'altra) ed arriva alla base di TR2
attraverso la resistenza RB2.
Il condensatore C da 4700 pF serve ad inviare a massa eventuali
disturbi che potrebbero essere captati dall'ingresso, a causa della sua
alta impedenza.
Allo stesso modo, se con i due fili di entrata IN1 e IN2 toccate
qualunque altro materiale od oggetto, potrete verificare il grado di
isolamento esistente: se il led rimane completamente spento,
l'isolamento è totale.
Analogamente è possibile verificare il buon funzionamento dei piccoli
condensatori, di capacità fino a qualche migliaio di pF. Collegando il
condensatore ai due fili di entrata, il led si accenderà per un breve
istante, quindi si spegnerà, più o meno rapidamente a seconda della
capacità del condensatore; se il led rimane acceso, anche debolmente,
vuol dire che il condensatore è in dispersione. Tanto per avere
un'idea, con condensatori di qualche migliaio di pF il led farà solo un
breve lampo; con condensatori da 0,1 µF in su il led rimarrà acceso
alcuni secondi, per spegnersi poi gradualmente.
Potete far funzionare il circuito con una pila da 4,5 V; fate
attenzione a collegare il led in modo che il terminale positivo
corrisponda al positivo dell'alimentazione.
| COMPONENTI DEL CIRCUITO E LORO FUNZIONI | ||
| COMPONENTE | VALORE | FUNZIONE |
| TR1 | TRANS. NPN TIPO BC547 | Pilota LED |
| TR2 | TRANS. NPN TIPO BC547 | amplificatore di corrente |
| RL | Resistenza 100 Ohm | limita la corrente nel LED |
| RB1 | Resistenza 1kOhm | limita la corrente di base di TR1 |
| RB2 | Resistenza 1MOhm | limita la corrente di base di TR2 |
| C | Condensatore 4700 pF | soppressione disturbi |
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