Faculdade de Tecnologia de Sorocaba

Curso Superior em Sistemas Biomédicos

Disciplina: Manutenção de Sistemas biomédicos

Professor: Marco Antonio Ferrari

LIGHT EMITTING DIODES

(LED's)

Grupo: Denise Akemi Tamaki Matsuo RA: SB101211

José Roberto Puglia RA: SB101225

Priscila Lara de Sá RA: SB101227

Vanessa Iara Santos RA: SB101226

Sorocaba, 23 de Março de 2012

Light Emitting Diodes

(LED's)

Sumário

1 Objetivos..................................................................................................................................42 Introdução................................................................................................................................53 Resumo Teórico.....................................................................................................................114 Métodos e Materiais...............................................................................................................125 Resultados..............................................................................................................................156 Conclusões.............................................................................................................................257 Referências.............................................................................................................................25

Light Emitting Diodes

(LED's)

Objetivos

-Desenvolver uma análise técnica em esquemas elétricos

-Utilizar o conhecimento adquirido em outras disciplinas

-Desenvolver trabalho em equipe

-Levantar dados do módulo a ser utilizado e seus componentes

Introdução

Light Emitting Diodes ou Diodo Emissor de Luz (LED’s) são componentes

importantíssimos no mundo da eletrônica, onde sua principal funcionalidade trata-se

da emissão de luz em equipamentos eletrônicos, sejam eles produtos de

microeletrônica como sinalizador de avisos, ou em algum equipamento maior, como

o semáforo [1].

Resumo Teórico

Os LED’s formam os números em relógios digitais, transmitem informações

de controle remoto, agrupados eles podem formar imagens em uma tela de televisão

ou lâmpada incandescente, no display de sete segmentos. Simplificando o conceito

de LED’s podemos dizer que são pequenas lâmpadas com cores variadas de fácil

integração com circuitos elétricos. É importante saber que eles são iluminados

somente pelo movimento de elétrons em um material semicondutor [1].

Constituição: Um LED é constituído por uma junção PN de material

semicondutor e por dois terminais, o Ânodo (A) e o Cátodo (K) [2]. Como mostra a

Figura 1 e 2 abaixo:

Fig. 2 – Componentes de um LED [2].

Figura 2 – Componentes de um LED [3].

A cor da luz emitida pelo led depende do material semicondutor que o

constitui [2]. Existem diversas cores de LED’s como mostra a Figura 3 a seguir:

Fig. 3 – Várias cores de LED’s [3].

A identificação visual de um Diodo Emissor de Luz é representado no

esquema da Figura 4 abaixo:

Fig. 4 – Identificação visual [2].

Polarização de um LED:

Fig. 5 – Polarização de um LED [2].

LED Polarizado Diretamente: O led está diretamente polarizado, e emite luz,

quando o ânodo está positivo em relação ao cátodo [2].

LED Polarizado Inversamente: O led está inversamente polarizado, e não

emite luz, quando o ânodo está negativo em relação ao cátodo [2].

Processo de Funcionamento: No processo do funcionamento do LED

encontramos algo chamado diodo que nada mais é um tipo simples de

semicondutor, lembrando que semicondutor é um material capaz de conduzir

corrente elétrica. No caso dos LED’s normalmente encontramos um material

condutor chamado arseneto de alumínio e gálio [1].

Dopando-se com fósforo, a emissão pode ser vermelha ou amarela, de

acordo com a concentração. Utilizando-se fosfeto de gálio com dopagem de

nitrogênio, a luz emitida pode ser verde ou amarela. Hoje em dia, com o uso de

outros materiais, consegue-se fabricar LEDs que emitem luz azul, violeta e até

ultravioleta. Existem também os LEDs brancos, mas esses são geralmente LEDs

emissores de cor azul, revestidos com uma camada de fósforo do mesmo tipo usado

nas lâmpadas fluorescentes, que absorve a luz azul e emite a luz branca [1].

Tecnicamente falamos que o LED é um diodo semicondutor que quando

energizado emite luz, mas não uma luz como estamos acostumados, ou luz a laser,

é uma luz estreita que é produzida pelas interações energéticas do elétron. Tal

processo é chamado de eletroluminescência. É muito importante para fixar a idéia

de LED, entender o funcionamento da junção p-n de um semicondutor, que tem

como atividade permitir a emissão de luz. Esta junção é responsável por permitir

somente a passagem de corrente positiva; para entender melhor essa passagem,

um exemplo simples é: imagine uma onda senoidal entrando em um LED, ele

cortará a parte negativa permitindo só a corrente positiva [1].

Luz Emitida: A luz emitida é monocromática, sendo a cor, portanto,

dependente do cristal e da impureza de dopagem com que o componente é

fabricado. Com o barateamento do preço, seu alto rendimento e sua grande

durabilidade, esses LEDs tornam-se ótimos substitutos para as lâmpadas comuns, e

devem substituí-las a médio ou longo prazo. Existem também os LEDs brancos

chamados RGB (mais caros), e que são formados por três “chips”, um vermelho (R

de red), um verde (G de Green) e um azul (B de blue). Uma variação dos LEDs RGB

são LEDs com um microcontrolador integrado, o que permite que se obtenha um

verdadeiro show de luzes utilizando apenas um LED [1]

Curva Característica:

.

Fig. 6 – Curva Característica [2].

A curva mostra a corrente direta em função da tensão direta [2].

Observa-se nesta curva que enquanto não se atinge um determinado valor da

tensão direta não se inicia a circulação de corrente, e que, ultrapassando o cotovelo

da curva a corrente direta aumenta rapidamente de valor ao aumentar ligeiramente a

tensão direta [2].

Ao aumentar a corrente direta a intensidade luminosa do LED também

aumenta [2].

Métodos e Materias

Inicialmente estudamos o esquema elétrico do módulo Light Emitting Diodes, realizando uma análise técnica de seus componentes eletrônicos, entendendo seu funcionamento, e buscando relacionar sua função na área tecnológica hospitalar.

Nesta aula prática utilizamos:

Módulo Light Emitting Diodes,

Osciloscópio,

Datasheet 555,

Multímetro

Resultados

No módulo Light Emitting Diodes conforme figura abaixo:

Figura 1 – Módulo Light Emitting Diodes

Observamos dentre seus componentes o LM555 que é um dispositivo altamente estável para gerar precisos atrasos de tempo ou oscilação. Terminais adicionais são fornecidos para o desencadeamento ou redefinir, se desejar. No modo de tempo de atraso de operação, o tempo é controlado com precisão por um externoresistor e capacitor. Para a operação astável como um oscilador,a freqüência de corrida livre e ciclo de trabalho são exatamentecontrolada com duas resistências externas e um condensador.

No módulo analisado o LM555 utiliza a operação astavél.Neste tipo de operação a saída ficará variando entre os estados alto e baixo numa freqüência que será determinada pela rede RC. Nesta montagem ao contrário da anterior a variação é infinita.

Ao se ligar a alimentação o capacitor C se carrega até 2/3 da tensão de alimentação, neste ponto o pino 6 (sensor de nível), percebe este valor e faz com que o circuito comece a descarregar o capacitor através do pino 7 (pino de descarga). Quando o valor da tensão no capacitor chegar a 1/3 da tensão de alimentação o pino 2 percebe e acaba a descarga. O capacitor começa a se carregar novamente.

Na carga a saída do 555 estará em estado alto e na descarga a saída estará em zero.

Esta situação de carga e descarga, continuará indefinidamente.

Funcionamento interno:

Supondo a saída em estado alto teremos na saída do flip-flop o estado zero e na saída do 555 o estado 1. O transistor estará cortado e o capacitor estará se carregando. Ao atingir 2/3 da tensão o comparador 1 perceberá e em sua saída teremos 1, a saída do flip-flop passará a 1 fazendo o transistor saturar e começar a descarga, a saída do 555, pino 3, estará em zero.

O capacitor se descarregará até que a tensão sobre ele atinja 1/3 de Vcc, quando isto ocorrer a saída do comparador 2 passará para 1, a saída do flip-flop para zero e a carga do capacitor começará novamente. A saída do 555 estará em 1 (+ ou - Vcc).

Perceba que sempre que um comparador tiver 1 em sua saída o outro terá 0. Veja os circuitos dos comparadores, e a tabela da verdade do flip-flop nas figuras acima.

Para calcularmos o valor do tempo on e tempo de off utilizaremos a fórmula descrita no datasheet do LM555, conforme abaixo:

ton= 0,693 x (RA + RB) x C

toff= 0,693 x (RB) x C

Conforme solicitado faremos a leitura do

F=1,44/(RA+2RB) x C onde:

F = Hertz

R = Ohms

C = Farads

para circuitos em que o valor de RA é 100 vezes menores do que RB podemos aproximar a fórmula para:

F=0,72/RB x C

neste caso a frequência da saída será muito parecida com uma onda quadrada, pois o período de carga ficará muito próximo do período de descarga.

Podemos perceber que o período de carga nunca será menor do que o de descarga, isto acontece pois para carregar o capacitor a corrente terá de passar por RA e RB e para descarregar só por RB.

Veja o circuito:

Na saída teremos sempre períodos altos e baixos, podemos calcular a duração dos períodos com as fórmulas abaixo:

Período alto:

T1 = 0,7 x (RA + RB) x CT

Período baixo:

T2 = 0,7 x RB x CT

O período total será, então:

T = 0,7 x (RA + RB) x CT

O que corresponde a fórmula já citada:

F = 1,44/(RA +2RB) x CT

Utilizamos o multímetro para encotrar as formas de onda

Referências

[1]. Info Escola. LED - Diodo Emissor de Luz.

Disponível em: < http://www.infoescola.com/eletronica/led-diodo-emissor-de-

luz/>. Acesso em 06 abr. 2012.

[2]. LED – Diodo Emissor de Luz.

Disponível em: <http://www.prof2000.pt/users/lpa>. Acesso em: 06 abr. 2012.

[3]. LED – Diodo Emissor de Luz.

Disponível em: <http://www.google.com.br/imgres>. Acesso em: 06 abr. 2012.

4- Qual a finalidade do aparelho e quem é seu usuário?7 – Apresente o esquema elétrico.8 – Apresente as formas de onda medidas.9 - Faça o esboço do principio de funcionamento10 - Descreva o princípio de funcionamento.11 – O equipamento possibilita algum tipo deajuste/regulagem?12 – Qual(is) é(são) a(s) tensão(ões) de alimentação doscircuitos do equipamento ?14 - Quanto à manutenção, descrever:Quão fácil é a acessibilidade dos componentes?O equipamento é de fácilmontagem/desmontagem?Qual a disponibilidade de peças para reposição?Quais são os instrumentos/ferramentas/informações

necessários para realização da manutenção?