Diodos emissores de luz, conhecidos como LEDs, s?o verdadeiraos her?is n?o reconhecidos no mundo da eletr?nica. Eles fazem v?rios trabalhos e s?o encontrados em todos os tipos de aparelhos. Eles formam os n?meros em rel?gios digitais , transmitem informa??es de controles remotos, iluminam rel?gios e informam quando suas ferramentas est?o ligadas. Agrupados, eles podem formar imagens em uma tela de televis?o gigante ou l?mpada incandescente normal. Eles n?o t?m filamentos que se queimam e n?o ficam muito quentes. Al?m disso eles s?o iluminados somente pelo movimento de el?trons em um material semicondutor, e duram tanto quanto um transistor padr?o.
Neste artigo, vamos examinar os princ?pios b?sicos existentes por tr?s destes sinais luminosos que encontramos em todos os lugares, apresentando alguns itens bacanas da eletricidade e luz no processo.
O que ? um diodo?
Um diodo ? o tipo mais simples de semicondutor. De modo geral, um semicondutor ? um material com capacidade vari?vel de conduzir corrente el?trica. A maioria dos semicondutores ? feita de um condutor fraco que teve impurezas (?tomos de outro material) adicionados a ele. O processo de adi??o de impurezas ? chamado de dopagem.
No caso dos LEDs, o material condutor ? normalmente arseneto de alum?nio e g?lio (AlGaAs). No arseneto de alum?nio e g?lio puro, todos os ?tomos se ligam perfeitamente a seus vizinhos, sem deixar el?trons (part?culas com carga negativa) livres para conduzir corrente el?trica. No material dopado, ?tomos adicionais alteram o equil?brio, adicionando el?trons livres ou criando buracos onde os el?trons podem ir. Qualquer destas adi??es pode tornar o material um melhor condutor.
Um semicondutor com el?trons extras ? chamado material tipo-N, j? que tem part?culas extras carregadas negativamente. No material tipo-N, el?trons livres se movem da ?rea carregada negativamente para uma ?rea carregada positivamente.
Um semicondutor com buracos extras ? chamado material tipo-P, j? que ele efetivamente tem part?culas extras carregadas positivamente. Os el?trons podem pular de buraco em buraco, movendo-se de uma ?rea carregada negativamente para uma ?rea carregada positivamente. Como resultado, os pr?prios buracos parecem se mover de uma ?rea carregada positivamente para uma ?rea carregada negativamente.
Um diodo ? composto por uma se??o de material tipo-N ligado a uma se??o de material tipo-P, com eletrodos em cada final. Essa combina??o conduz eletricidade apenas em uma dire??o. Quando nenhuma voltagem ? aplicada ao diodo, os el?trons do material tipo-N preenchem os buracos do material tipo-P ao longo da jun??o entre as camadas, formando uma zona vazia. Numa zona vazia, o material semicondutor volta ao seu estado isolado original - todos os buracos s?o preenchidos, de modo que n?o haja el?trons livres nos espa?os vazios, e a carga n?o pode fluir.
Para se livrar da zona vazia, voc? precisa que el?trons se movam da ?rea tipo-N para a ?rea tipo-P e buracos se movendo na dire??o inversa. Para fazer isto, voc? conecta o lado tipo-N do diodo no p?lo negativo do circuito e o lado tipo-P ao p?lo positivo. Os el?trons livres no material tipo-N s?o repelidos pelo eletrodo negativo e atra?dos para o eletrodo positivo. Os buracos no material tipo-P se movem na dire??o contr?ria. Quando a diferen?a de voltagem entre os eletrodos ? alta o suficiente, os el?trons da zona vazia s?o retirados de seus buracos e come?am a se mover livremente de novo. A zona vazia desaparece e a carga se move atrav?s do diodo.
Se voc? tentar mover a corrente na dire??o oposta, com o lado tipo-P conectado ao p?lo negativo do circuito e o lado tipo-N conectado ao p?lo positivo, a corrente n?o fluir?. Os el?trons negativos no material tipo-N s?o atra?dos para o eletrodo positivo. Os buracos positivos no material tipo-P s?o atra?dos para o eletrodo negativo. Nenhuma corrente flui atrav?s da jun??o porque os buracos e os el?trons est?o cada um se movendo na dire??o errada. A zona vazia ent?o aumenta.
A intera??o entre el?trons e buracos nesta configura??o tem um interessante efeito colateral - ela gera luz.
Como pode um diodo produzir luz?
Luz ? uma forma de energia que pode ser liberada de um ?tomo. ? feita de uma grande quantidade de pequenos pacotes tipo part?culas que t?m energia e momento, mas nenhuma massa. Estas part?culas, chamadas f?tons, s?o as unidades b?sicas da luz.
Os f?tons s?o liberados como resultado do movimento de el?trons. Em um ?tomo, os el?trons se movem em ?rbitas ao redor do n?cleo. El?trons em ?rbitas diferentes t?m quantidades diferentes de energia. De maneira geral, os el?trons com mais energia se movem em ?rbitas mais distantes dos n?cleos.
Para um el?tron pular de uma ?rbita mais baixa para uma ?rbita mais alta, algo deve aumentar seu n?vel de energia. Inversamente, um el?tron libera energia quando cai de uma ?rbita mais alta para uma mais baixa. Essa energia ? liberada na forma de um f?ton. Uma grande queda de energia libera um f?ton de alta energia, que ? caracterizado por uma alta freq??ncia. Verifique Como funciona a luz para obter uma explica??o completa.
Como vimos na ?ltima se??o, el?trons livres se movendo atrav?s de um diodo podem cair em buracos de uma camada tipo-P. Isto envolve uma queda da banda de condu??o para uma ?rbita mais baixa, quando ent?o os el?trons liberam energia na forma de f?tons. Isso acontece em qualquer diodo, mas voc? pode apenas ver os f?tons quando o diodo ? composto por um material espec?fico. Por exemplo, os ?tomos em um diodo de sil?cio padr?o s?o arrumados de forma que os el?trons saltem uma dist?ncia relativamente curta. Como resultado, a freq??ncia do f?ton ? t?o baixa que ? invis?vel ao olho humano - est? na por??o infravermelha do espectro de luz. Certamente, isto n?o ? necessariamente algo ruim: LEDs infravermelhos s?o ideais para controles remotos, entre outras coisas.
Diodos emissores de luz vis?vel (VLEDs), como os que iluminam um rel?gio digital, s?o feitos com materiais que possuem uma grande dist?ncia entre a banda de condu??o e as ?rbitas mais baixas. A dist?ncia determina a freq??ncia do f?ton - em outras palavras, ela determina a cor da luz.
Enquanto todos os diodos liberam luz, a maioria n?o o faz muito efetivamente. Em um diodo comum, o pr?prio material semicondutor termina absorvendo parte da energia da luz. Os LEDs s?o fabricados especialmente para liberar um grande n?mero de f?tons para fora. Al?m disso, eles s?o montados em bulbos de pl?sticos que concentram a luz em uma dire??o espec?fica. Como voc? pode ver no diagrama, a maior parte da luz do diodo ricocheteia pelas laterais do bulbo, viajando na dire??o da ponta redonda.
Os LEDs t?m muitas vantagens sobre l?mpadas incandescentes convencionais. Uma delas ? que eles n?o t?m um filamento que se queime e durar?o muito mais tempo. Al?m disso, seus pequenos bulbos de pl?stico os tornam muito mais dur?veis. Eles tamb?m cabem mais facilmente nos modernos circuitos el?tricos.
Mas a principal vantagem ? a efici?ncia. Em uma l?mpada incandescente convencional, o processo de produ??o de luz envolve a gera??o de muito calor (o filamento deve ser aquecido). Isso ? energia totalmente desperdi?ada. A menos que voc? use l?mpadas como aquecedor, porque uma enorme por??o de eletricidade dispon?vel n?o est? indo para a produ??o de luz vis?vel. LEDs geram pouco calor. Uma porcentagem muito mais alta de energia el?trica est? indo diretamente para a gera??o de luz, o que diminui a demanda de eletricidade consideravelmente.
At? recentemente, os LEDs eram muito caros para serem usados na maioria das aplica??es de ilumina??o, porque eles s?o feitos com material semicondutor avan?ado. Entretanto, o pre?o de dispositivos semicondutores tem ca?do na ?ltima d?cada, tornando os LEDs uma op??o de ilumina??o mais vi?vel para uma grande variedade de situa??es. Embora inicialmente eles possam ser mais caros que as luzes incandescentes, seu custo mais baixo ao longo do tempo de uso faz deles uma melhor aquisi??o. No futuro, os diodos ter?o um papel ainda mais importante no mundo da tecnologia.
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