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LED: cosa sono e come funzionano

led come funzionano

Tutti conosciamo i Led, sono facilmente reperibili e li troviamo applicati ad una miriade di progetti; da quelli più professionali fino ad arrivare agli strumenti d'uso quotidiano. I loro colori brillanti li rendono adatti ad ogni utilizzo e senza dubbio di piacevole impatto visivo. Il funzionamento però non è banale come si può pensare, bensì risulta essere molto affascinante. Vediamo insieme come sono formati e come lavorano i Led, analizziamo gli usi e il funzionamento di questi piccoli e preziosi diodi.

Cosa sono i Led:

LED è l'acronimo di "light-emitting diode" ovvero diodo ad emissione luminosa. I led lavorano esattamente come molti altri diodi, sono dei semiconduttori costituiti nella maggior parte dei casi da arseniuro di gallio (GaAs), fosfuro di gallio (GaP) o arseniuro di fosfuro di gallio (GaAsP). Questo tipo di semiconduttori ha la particolarità di poter essere assottigliato fino a 0,5 micron. Un micron corrisponde esattamente a un millesimo di millimetro, da qui deriva la possibilità di realizzare un prodotto molto piccolo.

Possiamo quindi affermare che i LED sono uno speciale tipo di diodi a giunzione p-n, formati da un sottile strato di materiale semiconduttore drogato.

I LED devono essere alimentati a corrente costante e polarizzata. Per ottenere questo risultato si può utilizzare un generatore di corrente o più semplicemente una resistenza di valore appropriato da mettere in serie al LED in modo da limitare la corrente per una data tensione di alimentazione.

I diodi ad emissione luminosa LED hanno saputo imporsi sul mercato grazie al basso prezzo, alla elevata efficienza ed alla loro affidabilità.

E' bene ricordare che il primo LED è stato sviluppato nel 1962 da Nick Holonyak Jr. un inventore statunitense.

Come funzionano i led:

Il dispositivo in questione, LED, sfrutta le proprietà ottiche di alcuni materiali semiconduttori (citati in precedenza) per produrre fotoni a partire dalla ricombinazione di coppie elettrone, lacuna.

Per capire il funzionamento di un diodo led prendiamo in considerazione che la luce è una forma di energia e che tale energia viene rilasciata da un atomo. La luce come tutti ben sapete è composta da delle piccole particelle, le quali vengono chiamate fotoni. Ora supponiamo che in un led ci siano diversi atomi con diversi elettroni che girano intorno al nucleo sulle proprie orbite, ovviamente a seconda dell'orbita che occupa un elettrone sarà più o meno carico di energia (l'energia è direttamente proporzionale alla larghezza dell'orbita).

Quando uno di questi elettroni passa da un orbita larga ad una inferiore andando a riempire una lacuna Positiva perde un po' della sua energia ed ecco svelato il mistero: da qui deriva la luce che vediamo, ovvero dalla perdita di energia sotto forma di fotone. Più energia perde l'elettrone che si sposta (ad esempio con un calo di orbita elevato) maggiore sarà la frequenza della luce emessa, da qui si determina il colore della luce stessa.

Dunque abbiamo detto che con la perdita di energia durante il passaggio da un'orbita all'altra si determina il colore della luce, ora la domanda sorge spontanea: e se noi volessimo produrre della luce bianca? C'è da dire innanzitutto che la luce bianca non è un colore ma bensì la combinazione di molti colori. Un modo per ottenere questo risultato potrebbe essere quello di utilizzare un LED RGB e mescolare i colori rosso, verde e blu per fare il bianco, ma questo richiederebbe un certo controllo sui vari LED molto difficile da realizzare.

Esiste però un altro metodo più semplice e veloce per ottenere della luce bianca da un Led ed è quello di applicare alcuni strati di fosforo sulla cima del Led stesso. Solitamente se ne sceglie uno di colore blu; tali strati hanno la funzione di spostare la lunghezza d'onda della luce che li attraversa e riprodurre la luce bianca. Il funzionamento è molto simile a quello delle luci fluorescenti.

 

 

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ritratto di Arx33

Proprio ora mi sto cimentando

Proprio ora mi sto cimentando nella sostituzione di tutte le lampade di casa con prototipi "fatti in casa", inizia la lotta ai consumi!! Guida molto interessante!

ritratto di Alex87ai

Spesse volte, nel nostro

Spesse volte, nel nostro quotidiano di elettronici, si arrivano ad utilizzare componenti di cui effettivamente non ne conosciamo a fondo le caratteristiche o il funzionamento. Nel caso dei led, questi dispositivi stanno popolando le nostre case poiche nell'ambito di un programma volto al risparmio energetico, di certo quesi componenti possono fare davvero la differenza. Certo si punta sempre più verso efficienze maggiori, dove per efficienza intendo non solo a livello energetico ma anche come rapporto quantità di ore di funzionamento/costo. Da questo punto di vista, le ore di funzionamento di un faretto a led, ad esempio, è di granlunga superiore (proprio in termini di anni) rispetto a qualunque altra forma di teconologia oggi conosciuto. Hanno un potere di esaursi praticamente nullo. Per quanto riguarda la resa luminosa, si sta lavorando su ma la moltitudine di applicazioni di cui i led sono protagonisti non fanno altro che incentivare la ricerca e lo sviluppo. Abbiamo proprio letto qualche giorno fa, proprio su elettronica open source, di led della philips alimentati direttamente dalla tensione di rete, eliminando così i costi per i convertitori intermedi...il mercato dei led, a quanto pare, ti viene incontro...hai maggiore scelta per la sostituzione delle lampade della tua casa!!

ritratto di Arx33

Hai decisamente ragione, per

Hai decisamente ragione, per questo motivo per il momento sto solo prototipizzando, per grandi sostituzioni aspetterò che sia lo stesso mercato a venirmi incontro!!

ritratto di Giovanni Giomini Figliozzi

arx, qualche giorno fa

arx, qualche giorno fa avevamo discusso su dei led della philips, forse questa discussione più interessarti:
http://it.emcelettronica.com/luxeon-h-primo-led-ad-alta-tensione-da-philips-lumileds
in breve si tratta di led che hanno una tensione di alimentazione di 53 volt ognuno, e per realizzare una lampada adatta alla rete elettrica italiana basta metterne 4 in serie e alimentarli con un raddrizzatore a ponte di graetz (quello con 4 diodi che sta in genere collegato un trasformatore) senza bisogno di utilizzare trasformatori o altro! Il circuito si è semplificato molto rispetto a una volta. se hai intenzione di passare al led questo potrebbe essere già il momento giusto per farlo.
per altri dettagli puoi sempre guardare quella discussione che ti ho linkato poco fa, si sono spulciati quasi tutti i dettagli del caso. L'unica cosa che non è stata trattata è la necessità di utilizzare un dissipatore. comunque se usi un portalampada di metallo, probabilmente ti basterà quella per dissipare il calore prodotto dai led

ritratto di Andres Reyes

Quando realizzo qualche

Quando realizzo qualche circuito con LED come passatempo ho ancora dubbi a riconoscere l'anodo ed il catodo..ahaha

ritratto di Giovanni Giomini Figliozzi

io uso questo sistema

io uso questo sistema mnemonico: l'anodo è il terminale dentro il quale la corrente entra. per entrare la corrente il potenziale elettrico deve essere maggiore rispetto al catodo, come maggiore è anche la lunghezza del reoforo. male che va prendi una pila o un alimentatore, lo metti a più o meno 3V e vedi quale è la dritta :D

Un altro metodo, probabilmente più affidabile di quello della lunghezza del reoforo, è guardare dall'interno del led, quando non è opaco ovviamente, e riconoscere il catodo perchè è quello con la forma a freccia.
quest'immagine di sicuro può aiutarti a capire quello che intendo dire
http://en.wikipedia.org/wiki/File:LED,_5mm,_green_%28en%29.svg

ritratto di Alex87ai

Un altro metodo ancora più

Un altro metodo ancora più affidabile del reoforo e del uardare dentro ad un led quando trasparente è osservare il contenitore. In corrispondenza del catodo c'è uno smusso al profilo circolare del led. Per ricordarlo, ricordo che lo smusso è indeicato dalla freccia del sembolo circuitale del diodo, quindi la freccia indica la sbarretta nel simbolo e quello rappresenta il catodo. I reofori possono sempre essere stati tagliati perchè magari hai recuperato dei led già precendentemente saldati su una board...il package del led non lo cambia nessuno, quinidi il sistema che ti ho indicato è praticamente infallibile!!

ritratto di Alex87ai

ho dimenticato di specificare

ho dimenticato di specificare che il metodo dello smusso è facilmente applicabile ai led da 5mm o a quelli da 10mm (i jumbo led o come si chiamano in alternativa...) mentre per quelli da 3mm potrebbe non essere così evidente il suddetto smusso per via del contenitore consistentemente più piccolo. Allora, in questi casi, si ricorre ad osservare sul package, in corrispondenza del catodo, un piccolo trattino inciso.

ritratto di linus

ecco

perchè alcuni LED venduti per bianchi emettono una luce che da sul blu, non riuscivo a capirne il motivo.

ritratto di Giovanni Giomini Figliozzi

in realtà quello è sempre

in realtà quello è sempre bianco, però ci sono vari tipi di bianco. Quando vai a vedere su un catalogo trovi articoli ad esempio color natural white, warm white ecc., Queste diciture indicano proprio questo: cioè indicano la tonalità del colore. Il motivo quindi non è un difetto, ma è proprio una caratteristica voluta. In maniera marginale credo che il colore cambia anche in base alla tensione che ci si applica. una volta ho bruciato un led bianco, e in quei pochi secondi di vita che gli rimanevano era diventato più blu... Probabilmente perchè essendo la luce blu a frequenze capaci di irradiare più energia, faceva proprio questo. Comunque in genere ci sono 2 modi per avere luce bianca dai led: uno, consiste nel realizzare un led di colore blu o ultravioletto per illuminare (sarebbe più corretto dire eccitare, ma vabbè...) dei fosfori, e questi irradiano luce bianca,con un'opportuna tonalità. Questa è esattamente la stessa cosa che avviene nelle lampade a fluorescenza. Nel caso delle lampade a fluorescenza, però, la radiazione ultravioletta viene prodotta da una scarica elettrica dentro un gas molto rarefatto (una volta si usava il neon, che cacciava luce un pò rossastra, ora si usano principalmente altre miscele, soprattutto di gas nobili). Il secondo metodo consiste nel creare led che emettono luce alle tre tonalità principali: rosso, verde e blu. Sono chiamati anche led RGB. L'occhio umano, come ben sai, unifica la visione di questi colori e vediamo il bianco. Questi led danno anche la possibilità a chi li usa di decidere la tonalità di colore da emettere aumentando o abbassando l'intensità dei singoli colori primari.

ritratto di linus

si lo so...

ma erano Led cinesi ad alta luminosità che ho pagato meno di 10 centesimi l'uno, senza alcuna specifica se warm white o natural white, le lampade fluorescenti funzionano per la ionizzazione del gas interno che ionizzandosi conduce tra i due bulbi, mi pare un po' diverso dal funzionamento dei diodi Led.

ritratto di Giovanni Giomini Figliozzi

si si il funzionamento è

si si il funzionamento è diverso, te lo citavo come paragone perchè sia le lampade a fluorescenza che i led eccitano i fosfori che emettono luce. Comunque i fatto che i led fossero cinesi non toglie che debbano avere un colore :D evidentemente chi te li ha venduti aveva quelli per le mani...

ritratto di Alex87ai

mi verrebbe da aggiungere

mi verrebbe da aggiungere che, al contrario dei led bianchi adoperanti i fosfori accitati da luce blu o ultravioletta che a seconda della qualità dei fosfori e di cosa ci aggiungi per la diversa tonalità (calda, fredda, ultra fredda) restituisco però qualcosa che assomilia di più al bianco, i led RGB nascono per ricreare qualunque colore sulla luce emessa semplicemente, come hai detto tu, dosando opportunamente le intensità dei tre colori rosso, verde e blue...la differenza è che se ti soffermi a guerdare un led bianco all'interno del suo involucro trasparente vedi un bianco accecante, mentre con un led RGB, per quanto precisa possa essere la modulazione dei colori per avere il bianco, guardando all'interno dell'involucro si distingueranno comunque le tre differenti componenti luminose. Magari sul lungo raggio la differenza non la si nota, ma proiettandone la luce in un punto vicino al led, la differenza è distinguibile ad occhio nudo!

ritratto di Giovanni Giomini Figliozzi

guardando il link presente in

guardando il link presente in un post successivo a questo mi è venuta in mente una cosa riguardo il colore del led. Praticamente, tra le definizioni dei vari tipi di bianco che ci sono c'è la temperatura di brillanza. In realtà questa unità di misura è un pò impropria per l'applicazione ai led, era più consona alle lampadine a incandescenza... comunque di cosa si tratta: ti faccio una premessa molto breve: un corpo nero (che in questo caso è il filamento di carburo di tungsteno della lampadina a incandescenza) quando viene scaldato a una certa temperatura T emette fotoni, quindi luce a lunghezze d'onda diverse a seconda della temperatura. In realtà dipende anche dal materiale, ma possiamo dire con buona approssimazione che il nostro filamento è un corpo nero ideale. Il grande Max Planck nei primi del 900 descrisse questo fenomeno sviluppando quella che proprio nota come Legge di Planck. L'argomento fu ripreso anche da einstein più tardi, ma sono dettagli. Questa legge correggeva quella di Rayleigh-Jeans, che aveva alcuni difetti, che offre una buona approssimazione per alcune lunghezze d'onda sufficientemente lunghe, ma a lunghezze d'onda troppo corte da i numeri ( si parlava infatti di catastrofe ultravioletta). Tornando in tema la legge di Plank dice che il corpo nero emette fotoni di diverse lunghezze d'onda, e questi fotoni emessi seguono una distribuzione a campana a seconda della lunghezza d'onda secondo la legge che linko qua
http://upload.wikimedia.org/math/b/b/8/bb8ea3c8b02e51dd8d391f16aa265ed9.png
la lettera ni (v) è la frequenza, che è inversamente proporzionale alla lunghezza d'onda.
quindi l'andamento di questa funzione lo trovi qui
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Wiens_law.svg

Puoi vedere come a temperature maggiori, lo spettro si sposti verso l'emissione di luce con lunghezza d'onda minore, alla quale è associato un picco verso il colore blu (occhio che i colori del disegno sono fuorvianti)
per questo trovavi che la luce delle lampadine a incandescenza veniva caratterizzata dalla temperatura.
Spero di essere stato chiaro...

ritratto di linus

sei stato

quasi chiaro, visto che credo che sia il mio campo, al dì là delle mille parole che servono ben poco, l'importante è seguire le norme di riferimento UNI EN 13032-1 “Misurazione e presentazione dei dati fotometrici di lampade e apparecchi di illuminazione" e ogni fornitore e produttore di dispositivi di illuminazione e non solo delle lampade dovrebbe fornire il diagramma polare di un apparecchio oltre che quella relativa alla lampada stessa che ha comunque una temperatura specifica, così da ottenere una distribuzione adeguata della luce sia a livello diffuso che localizzato. Vi sono diversi metodi di calcolo, e grazie alla fornitura di parecchi software sia di case specializzate nel settore, dove puoi inserire le curve fotometriche degli apparecchi più venduti, che quelli forniti dalle case produttrici di detti apparecchi si può ottimizzare ancora meglio la progettazione dell'illuminazione sia per quella diffusa che per quella localizzata.

ritratto di biank9388

luce blu

quando si dice che in alcuni casi è più facile l'utilizzo di particolari fosfori per ottenere i vari colori, la luce emessa propriamente dal diodo (e quindi incidente i fosfori) è blu oppure è nella lunghezza d'onda dell'ultravioletto come nel caso delle normali lampade a fluorescenza?

ritratto di e-marino

Dipende dal drogante

la luce emessa dipende dal drogante utilizzato per costruire il led, per esempio il led emette luce rossa se il drogante è fosfuro arseniuro di gallio GaAsP. Quindi le drogature con composti chimici basati su diversi materiali generano fotoni con lunghezza d'onda differente (che è quella propriamente emessa dal diodo).

ritratto di Antonio Mangiardi

scusa se ti correggo, non è

scusa se ti correggo, non è il drogante, ma sono proprio fatti di quel materiale.... ad esempio... so che per il bianco usano silicio-carbonio (SiC) o nitruro di gallio (GaN)
per il verde In-Ga-AI-P (indio gallio alluminio fosforo)
variando le percentuali di questi materiali nel composto, si riescono ad avere diverse lunghezze d'onda e quindi colori...
guarda qui ho spiegato più approfonditamente come funzionano i led...
http://it.emcelettronica.com/luxeon-h-primo-led-ad-alta-tensione-da-philips-lumileds#comme...

ritratto di Alex87ai

Attenzione, il bianco non si

Attenzione, il bianco non si può ottenere, ad esempio, cambiando il semiconduttore diretto con cui è realizzato il diodo, perchè non dimentichiamo che una transizione (ricombinazione) di tipo radiativa avviene con l'emissione di una particolare lunghezza d'onda, il che dipende dall'entità del band gap del materiale che si sta adottando. Il bianco, ad esempio, è la fusione di tante lunghezze d'onda che non si possono ottenere con un unico materiale composito. Quindi, in questo caso, si ricorre all'eccitazione dei fosfori tramite una radiazione ultravioletta o blue...

ritratto di e-marino

tabella colori/drogature led

penso che questa tabellina sia molto esplicativa:

http://www.oksolar.com/led/led_color_chart.htm

ritratto di piosa

reversibilità

Per chi non lo sapesse i LED sono "macchine reversibili": infatti, se la loro giunzione viene esposta direttamente ad una forte fonte luminosa o ai raggi solari, ai terminali appare una tensione, dipendente dall'intensità della radiazione e dal colore del led in esame (massima per il blu). Questa caratteristica viene abitualmente sfruttata nella realizzazione di sensori, per sistemi di puntamento (inseguitori solari) di piccoli impianti fotovoltaici o a concentratore e per molti altri scopi.

ritratto di Fabrizio87

Questa non la sapevo l'ho

Questa non la sapevo l'ho provato subito ,
E funziona molto bene solo che si ottengono valori piccoli 200 mV ,
ma comunque io pensavo che era una caratteristica solo per il fotodiodi o delle cellule fotovoltaiche che vengono giustamente impiegate in impianti di produzione di elettricità .

ritratto di Giovanni Giomini Figliozzi

Se ci pensi la D di LED sta

Se ci pensi la D di LED sta proprio per Diodo, sicuramente non sono ottimizzati per ricevere luce, come lo sono i fotodiodi veri e propri, ma il principio di funzionamento è lo stesso. È come per i motori elettrici che se vengono fatti girare da una forza applicata sull'albero, tira fuori corrente elettrica.

ritratto di Casciana17

I LED sono "entrati" nella

I LED sono "entrati" nella mia vita quando,a scuola progettammo un semplice lampeggiatore,da li' non li abbandonai mai;di fatto le luci delle mia cameretta sono quasi tutte a LED :-) da me "progettate",ho messo il termine progettate tra virgolette perchè è estremamente semplice se si ha un po di conoscenza,un pizzico di fantasia ma soprattutto tanta voglia di fare

ritratto di FlyTeo

Led...

Mi sono sempre chiesto perchè i led emettono una luce maggiore di una normale lampada.. qualcuno puù spiegare?

Inoltre come mai il fascio che producono e "più direzionale" e meno diffuso? O è solo una mia impressione? =)

ritratto di Fabrizio87

Io sapevo che la resa della

Io sapevo che la resa della luce e data da quanta luce ed disponibile nello spettro visibile e quella dello spettro invisibile.

ad esempio in una lampadina a incandescenza tutto lo spettro elettromagnetico diffuso che vediamo sotto forma di luce è accompagnato anche dalle due bande laterali che sono sia gli ultravioletti e che gli infrarossi che l'occhio umano non può vedere ,
Quindi queste due bande laterali e tutta energia sprecata in calore in radiazioni che non possiamo vedere intendo per radiazioni radiazioni ultravioletti ,

L'anno lo spettro elettromagnetico molto più stretto quindi non emettono
gli ultravioletti e gli infrarossi quindi tutta questa parte non viene sprecata ma utilizzato in luce visibile .

In realtà qualunque dispositivo luminoso e mette 100% della sua energia elettrica in energia elettromagnetica a diverse lunghezze d'onda tutto sta a concentrarne il più possibile dello spettro della luce visibile e non in calore ogni raggio UVA e UVB .

questo è un'immagine dello spettro elettromagnetico classica :

Ma non ero convinta nemmeno di questa spiegazione apparentemente giusta

ritratto di Giovanni Giomini Figliozzi

andiamo con ordine: 1) è

andiamo con ordine:
1) è meglio specificare che i led producono una luce maggiore rispetto alle lampadine normali _a parità di potenza consumata_.
Ti faccio un esempio concreto, i dettagli fisici stanno qua
http://it.emcelettronica.com/luxeon-h-primo-led-ad-alta-tensione-da-philips-lumileds
Se prendi un pezzo di ferro e lo lasci un pò in mezzo alla brace, all'inizio è opaco, poi comincia a diventare rosso, e infine diventa bianco (se la brace è abbastanza calda). Se lo tiri fuori dalla brace, questo emana un sacco di calore, e sempre meno luminosità, fino a quando non diventa di nuovo scuro. Praticamente la luce emessa dal pezzo di ferro è solo una conseguenza della grande quantità di calore presente all'interno del metallo. Le lampadine, che non per nulla si chiamano "a incandescenza", funzionano proprio così: scaldano un filamento generalmente di carburo di tungsteno, che è un metallo, e poi questo comincia ad emettere luce, E dell'energia che consumano, qualcosa come il 95% la disperdono in calore!!

I Led invece per produrre luce utilizzano un meccanismo molto più raffinato, infatti la giunzione del led emette come prima cosa luce, e poi il calore è un prodotto di scarto... tant'è vero che se ne produce relativamente poco.

Quindi per fare 2 conti facili: se ho una lampadina da 100 watt, questa tira fuori 5 watt di luce. Se ho una lampadina a led, per fare 5W di luce ne occorrono meno di 10 dalla rete elettrica.

2) Il fascio che producono è più direzionale perchè la cupoletta che sta in genere sui led, oltre ad essere un involucreo protettivo, serve proprio a fare da lente per focalizzare la luce. é una cosa voluta. Il fatto che la luce sia poco diffusa dipende dal modello... ci sono anche quelli a luce diffusa, dove la plastica invece di essere trasparente è opaca... comunque non è una tua impressione

ritratto di FlyTeo

Perfetto

Spiegazione perfetta..impeccabile.

ritratto di Alex87ai

Anche dal mio punto di vista

Anche dal mio punto di vista la spiegazione è impeccabile. Per quanto riguarda il punto 3, vorrei aggiungere che l'involucro ha anche una seconda funzione a parte focalizzare la luce emessa e a proteggere la giunzione a semiconduttore. La sua funzione è anche quella di adattare il semiconduttore all'aria. Infatti, un'onda elettromagnetica che si trova ad interagire all'interfaccia tra due materiali aventi indici di rifrazione differenti, in parte riesce ad oltrepassare l'interfaccia per rifrazione (l'angolo d'incidenza del raggio fotonico è differente dell'angolo del raggio rifratto secondo la nota legge sulla rifrazione di Snell)e in parte viene riflesso verso la sorgente, con energia ovviamente inferiore. La stessa cosa avverrebbe per i led se la giunzione fosse direttamente esposta all'aria, poichè l'indice di rifrazione del semiconduttore è circa 3,4 (più o meno varia poco al variare del semiconduttore utilizzato...almeno tra quelli utilizzati per i componetnti optoelettronici)mentre l'aria ha indice di rifrazione quasi pari a quello del vuoto, quindi circa 1. Il contributo di perdita dei fotoni riflessi verso la zona di ricombinazione dove avviene l'emissione vera e propria, è descitta dalla legge di perdita di Fresnel che è possibile consultare al seguente link: http://it.wikipedia.org/wiki/Leggi_di_Fresnel. Questa dipende da quanto i due indici di rifrazione distano tra loro in termini quantitativi. Per ridurre tale perdita, bisogna adattare il semiconduttore al mezzo, cioà all'aria, un pò come si adattano le linee di trasmissione aventi impedenza caratteristica differente tramite uno stub open o uno stub short (oppure meglio ancora tramite una linea lunga lambda/4...mi sembra più consono come esempio). Praticamente occorre una struttura con indice di rifrazione intermedio a quello dei due materiali interfacciati. La resina plastica che funge da involucro svolge proprio questa importantissima funzione: la perdita di Fresnel viene divisa in due e la somma dei due contributi è comunque inferiore alla perdita totale che si ha per il caso di semiconduttore scoperto. Al diminuire del numero di fotoni riflessi, diminuisce anche l'energia dispersa sottoforma di calore sulla giunzione, quindi aumenta l'efficienza complessiva del dispositivo.

ritratto di Fabrizio87

In realtà è che il ferro

In realtà è che il ferro quanto è scaldato diventa rosso non è il calore in eccesso che si irradia sotto forma di luce ma è un po' più complessa la cosa ,

Partiamo dall'inizio qualunque corpo a temperatura superiore a zero assoluto (- 245.75 C° ) e mette uno spettro elettromagnetico secondo la sua temperatura e tutto questo secondo la Legge di Planck ,

In realtà il calore irradiato si trova sotto forma di onda è l'elettromagnetica ,
Come lo spettro visuale e anche gli ultravioletti ,

alle temperatura ambiente lo spettro elettromagnetico della banda visiva è quasi nulla , ma a poco a poco alzando la temperatura del corpo la curva descritta dalla Legge di Planck si sposta su sulla banda visiva quindi poco poco risalendo in comincia a diventare rosso e più la temperatura si alza più arriverà a colori su blu fino ad arrivare agli ultravioletti a temperatura molto elevati ,

http://it.wikipedia.org/wiki/Legge_di_Planck
http://it.wikipedia.org/wiki/Corpo_nero

Da questo principio si può anche associare ad un colore una temperatura ,
ad esempio sulle lampadine a basso consumospesso è riportato un numero di tipo 4300 K questo numero è uguale alla temperatura di un corpo ipotetico che sarebbe scattato a questa temperatura e è avrebbe lo stesso colore che la lampadina che vediamo in negozio ,

http://it.wikipedia.org/wiki/Temperatura_di_colore

ritratto di Giovanni Giomini Figliozzi

Si, lo so, grossomodo l'avevo

Si, lo so, grossomodo l'avevo detto qua
http://it.emcelettronica.com/led-cosa-sono-e-come-funzionano#comment-12275
l'esempio del ferro che diventa bianco l'ho fatto per rendere la spiegazione un pò più accessibile, dato che comunque come ragionamento regge. Per quanto può essere affascinante la radiazione di corpo nero, ho cercato di mettermi nei panni del lettore
volevo scriverlo della temperatura di colore ma poi me ne sono dimenticato

comunque lo zero assoluto sta a -273,15°C

ritratto di Alex87ai

Lo sapevate che i led possono

Lo sapevate che i led possono essere utilizzati anche come sensori di luce? Infatti, il processo di emissione dei fotoni ad una data lunghezza d’onda dipendente dalla composizione del materiale adottato, si può invertire facendo si che il led generi corrente quando un’onda luminosa alla stessa lunghezza d’onda del fascio che emette quando funziona da emettitore incide sulla giunzione. Si sfrutta cioè l’effetto fotoelettrico della giunzione PN. Sappiamo infatti che se un fotone incide nella regione svuotata di una giunzione PN di un semiconduttore diretto e ha sufficiente energia da cedere ad una coppia elettrone-lacuna tanto da liberarla, l’elettrone si svincola dal reticolo passando dalla banda di valenza alla banda di conduzione. Questo fenomeno di assorbimento di energia e conseguente liberazione della carica permette di creare una corrente inversa proporzionale al numero di elettroni liberati (e quindi al numero di fotoni “buoni” per innescare la transizione). Si parla in questo caso di assorbimento dell’onda luminosa. Un diodo led è sensibile alla sola lunghezza d’onda che tipicamente andrebbe a generare se polarizzato in diretta.
Ma come è possibile sfruttare l’effetto fotoelettrico del led? Innanzitutto il led va polarizzato in inversa in quanto la corrente si genera proprio grazie alle coppie elettroni-lacune liberate all’interno di una regione svuotata. Per fare questo si può pensare, ad esempio, di polarizzare in inversa un led tramite una resistenza e di misurare, in un certo qual modo, la caduta di tensione ai capi della resistenza stessa. Questa infatti sarà proporzionale alla corrente fotogenerata dal led in esposizione alla luce a cui è sensibile. Tramite un amplificatore operazionale si va poi ad amplificare la dinamica di variazione della cdt sulla suddetta resistenza e il gioco è fatto. Si può anche vedere il led come generatore di corrente inversa da dare in pasto ad un convertitore corrente-tensione sempre realizzato con amplificatore op-amp. Vi dico subito che una delle due soluzioni, a differenza dell’altra, risulta più sensibile ma anche più rumorosa. Quindi, se si cerca una maggiore sensibilità alla luce incidente, allora bisogna ricorrere alla polarizzazione inversa del led, altrimenti se si vuole un’applicazione poco rumorosa basterà lasciare il led non polarizzato richiudendo la corrente generata su un percorso resistivo dal quale ricavare una conversione corrente-tensione.
L’applicazione più bella che se ne può fare della doppia natura di un led è l’utilizzo dello stesso come pulsante touch. Il principio è quello di posare un dito sull’involucro del led in modo da riflettere la luce con lunghezza d’onda adatta e focalizzarla sulla giunzione polarizzata in inversa. Spiegato meglio, supponiamo di avere due led sufficientemente affiancati, di cui uno acceso e l’altro spento. Se poggio il dito sulla lente del led spento, la luce del led acceso adiacente si diffonderà anche sulla giunzione del led spento generando quest’ultimo un aumento di corrente inversa misurabile come esposto precedentemente. Se pensiamo ad una stringa di led in cui, con una frequenza di spegnimento impercettibile all’occhio umano, si spegne un led per volta e gli altri restano accesi, misurando la variazione di corrente del led spento si ottiene l’informazione dello stato di “pigiatura” del nostro tasto touch. Lo scenario della stringa di led serve solo a dare l’idea di come sia possibile espandere il principio di lettura su più led.

ritratto di Alex87ai

Approfondendo sulla tecnica

Approfondendo sulla tecnica di utilizzare i led come sensori di luce e conseguentemente come sensori di tocco (touch), ho scoperto che è stata implementata un’altra versione per il riconoscimento touch che adopera un singolo led senza che ci sia il supporto luminoso di un altro led acceso posto nelle vicinanze. La tecnica che andrò ad illustrare, contrariamente all’altra, necessita per forza di cose di un microcontrollore con periferica ADC. Prima di esporre l’algoritmo da implementare sul microcontrollore, vediamo un attimo la teoria che si nasconde dietro questo nuovo approccio.
Se alimentiamo un diodo led in inversa, quello che andiamo a fare è accumulare una carica di svuotamento a ridosso della giunzione. Questa regione è fortemente ricca di atomi ionizzati e quindi sede di una carica fissa. Se in tale regione incide un fotone con energia sufficiente a liberare un elettrone dal proprio atomo, si genererà una coppia elettrone-lacune e le due particelle verranno allontanate dall’azione del campo elettrico che sovrasta la regione svuotata. Se a questo punto togliessimo la polarizzazione inversa lasciando la giunzione flottante, il tempo di scarica della carica carica di svuotamento è fortemente dipendente dalla concentrazione di fotoni incidenti sulla regione svuotata. Quindi, se si riuscisse a misurare sottoforma di tensione la variazione della carica di svuotamento nel tempo e riuscissimo a relazionare questa alla quantità di fotoni incidenti, si riuscirebbe a trarre informazioni sullo stato di copertura del led. Quindi, con il dito sull’involucro del led i fotoni incidenti sono molto meno rispetto a quando il led è libero, quindi si dovrebbero riuscire a distinguere le due situazioni semplicemente osservando la variazione di tensione ai capi del led flottante.
Per implementare questa tecnica è necessario connettere il diodo led tra due pin di IO di un microcontrollore,e uno dei pin deve avere la possibilità di essere impostato come ingresso ADC. I passi da seguire nell’algoritmo sono i seguenti:
1) Impostare i pin di I/O come uscite a bassa impedenza e polarizzare il led in diretta in modo da accenderlo (questa è una fase di mera inizializzazione per essere sicuri di partire da un valore di carica di svuotamento iniziale nulla);
2) Invertire lo stato logico delle uscite per polarizzare in inversa il diodo led (a questo punto si crea la carica di svuotamento iniziale);
3) Lasciare il pin di I/O connesso all’anodo a livello logico basso(connesso a massa) mentre va impostato l’altro pin (quello di catodo) come ingresso ad alta impedenza del convertitore ADC;
4) Campionare almeno due volte la tensione e valutarne la variazione su un tempo pari a quello di campionamento;
5) Confrontare la variazione di tensione misurata con una soglia fissata via software;
6) Se la variazione è maggiore rispetto alla soglia, il led non è coperto, altrimenti lo è;
7) Ripetere i passi dal punto 1 in maniera periodica e con frequenza sostenuta (sicuramente nell’ordine dei kHz perché occorre acquisire la variazione della tensione nei primi istanti subito dopo aver reso flottante il led.
È un algoritmo abbastanza laborioso ma che merita, a mio avviso, di essere testato!

ritratto di Alex87ai

l'unica cosa che non ho ben

l'unica cosa che non ho ben compreso è se la polarizzazione diretta del diodo serva solo ad annullare la carica di svuotamento oppure se la luce emessa serva in un certo qual modo come sorgente di fotoni per la fase di valutazione successiva (quando si passa al compionamento con l'ADC). Sinceramente non credo che la seconda ipotesi sia corretta perchè il nostro occhio continua ad avvertire la luce mentre il diodo led è comunque già spento. Non riesco a vedere un meccanismo di accumulo di fotoni che possa restituire quest'ultimi durante le fasi successive dell'algoritmo. Sarebbe interessante implementare la tecnica (anche se penso che la calibrazione dell'oggetto sarebbe tutt'altro che banale)e vedere ad esempio se funziona bene anche al buio, perchè se così dovesse essere allora credo che quella repentina accensione e spegnimento del led comporti l'accumulo di fotoni da riflettere sulla giunzione quando questa è flottante (...più cerco di dare una spiegazione a questo fenomeno e più sono scettico sul fatto che possa essere effettivamente così....bisogna provare e osservarne il funzionamento)

ritratto di Fabrizio87

Un po' di è fa avevo fatto

Un po' di è fa avevo fatto con LED un ponte a Diodi ,
Mettendo un carico molto piccolo se non supera 15 mA da parte continua è dalla parte alternato un generatore di frequenza ci sentiamo ad 1 Hz ,
Da questo circuito ci renderemo conto del funzionamento reale del ponte a Diodi ,
Qualunque dei quattro rami sarà attraversato da correnti verrà illuminato ,

Questo è molto bello per chi fa didattica e poter spiegare anche visivamente il funzionamento di un ponte a Diodi

ritratto di Alex87ai

A questa applicazione non ci

A questa applicazione non ci avevo mai pensato. Se un giorno dovrò fare una lezione a qualcuno sul funzionamentto del ponte di diodi (detto anche di Graetz), penserò di certo alla tua idea! ;) Sicuramente un approccio visivo e sperimentale vale più di tante parole!

ritratto di Giovanni Giomini Figliozzi

e chi ci aveva pensato! è

e chi ci aveva pensato! è proprio una bella idea! magari me lo avessero spiegato così!

ritratto di catnip

Utili Isolatori

I LED, utilizzati insieme ai fotodiodi, sono utili anche per trasferire segnali analogici e digitali in quei circuiti in cui è necessario isolare due reti elettriche, si parla quindi di optoisolatori.
Inoltre, in campo biomedico vengono utilizzati anche per misurare, in modo non invasivo, la percentuale di ossigeno presente nel sangue, attraverso la misura della quantità di emoglobina legata ad esso.
I Led lavorano all'interno di una finestra "compresa" tra il rosso e l'infrarosso e lo strumento descritto si chiama ossimetro.

ritratto di Francesco12-92

nn

I diodi LED sono veramente fantastici, non esiste un circuito elettronico che non ne abbia uno, almeno dei miei, vengono utilizzati per tutto ciò che deve dare un avvertimento su qualche cosa, ad esempio per controllare se un alimentatore sta funzionando, o per segnalare un particolare valore di tensione opportunamente comparato, o anche per avvertire di un pericolo o malfunzionamento, ad esempio le luci sulle autostrade di notte, il tutto senza sprecare troppa energia, dato il loro basso consumo di corrente e quindi bassa dissipazione di potenza. Possono essere utilizzati al posto delle lampade di casa, emettendo con 10-15W la luce che emette una lampadina da 160W. Il problema lì sta solo nel fatto che per accendere il c'è bisogno di una corrente di spunto (se così la si può chiamare), e se un tizio è fissato ad accendere e spegnere le luci quando si muove da una stanza all'altra, beh con il consumo siamo lì.
Comunque i LED sono semplici semiconduttori che stanno rivoluzionando il mondo, basta pensare solo alle tv di ultima generazione, che sono ultrapiatti, con tecnologia 3D, con HDMI e chi più ne ha più ne metta, con il minimo consumo energetico.

ritratto di Alex87ai

Non ho capito il discorso

Non ho capito il discorso della corrente di spunto!! Dove, per i circuiti di conversione utilizzati per accendere le lampade a LED? Mi sfugge questo dettaglio a riguardo...forse intendi la potenza dinamica assorbita...quella si che aumenta si giochi sopra l'interruttore accendendo e spegnendo le luci. Ma se ci pensi è comunque minima rispetto alla corrente di spunto necesaria per accendere le vecchie lampade a neon o ai vapori di mercurio...questi infatti, sono muniti di reattore che generano la scarica di tensione necessaria per ionizzare il gas all'interno della lampada a tubo e quindi dar vita ad una radiazione UV che serve ad eccitare i fosfori che sono i veri responsabili della luminescenza della lampada. Alla nostra università hanno montato nei laboratori e nei corridoi dei sensori di presenza (sensori PIR) grazie ai quali le luci vengono accese solo qundo è presente qualcuno nell'ambiente dove sono montati. Sembrerà uno stratagemma mirato alla riduzione dei consumi, ma a mio avviso e dei professori in reltà ciò che risparmi nel tenere spento per 15min un reattore a regime lo consumi in quei millesimi di secondo di corrente di spunto...

ritratto di linus

basta sostituirli

Basta sostituirli con quelli della Toshin, non è che ci vuole un professore universitario.

vedi qui:

http://www.ledinside.com/Toshin_Electric_LED_Tube_Lamp_is_Designed_to_Replace_40W_Straight...

ritratto di Alex87ai

si, non ci vuole un

si, non ci vuole un professore universitario fino a quando sai che certe soluzioni esistono. E non ci vuole comunque arroganza per mettere in condivisione con la communty un contenuto. Siamo qui per imparare e impartire il nostro sapere. Io ho imparato ora da te che qualcuno produce tubi fluorescenti completamente a led, ma ho anche imparato, molto tempo fa, ad essere umile nell'impartire il mio sapere...a buon intenditore poche parole!!

ritratto di Francesco12-92

Si

Questo è il discorso che facevo pure io, solo che lo incentravo sul circuito elettronico che serve ai Led per accendersi. Non ho detto, che consumano molta corrente le lampade in se stesse, ma ho detto che se tu ti metti a giocare con l'interruttore, per dare al circuito quella corrente di spunto per accendersi, consumi molto, ma se accendi la lampada e la rimani accesa per i 60, 70 minuti che ti servono consumi meno delle lampade normali.

ritratto di Alex87ai

Questo è senza ombra di

Questo è senza ombra di dubbio. infatti nel mio commento precedente ho sottolineato la differenza che intercorre tra potenza statica e potenza dinamica. Però ho voluto anche porre l'accento sull'entità della corrente di spunto, nel caso di lampade a led e di vecchi sistemi di tubi fluorescenti a neon alimentati tramite reattore ad avvolgimento. Sicuramente nel primo caso l'entità della corrente di spunto sarà sufficientemente inferiore!

ritratto di KANEDA

come si riconosce un faretto led di qualità da uno scadente?

Cioè quali sono i canoni da verificare quando si compra una lampada led

ritratto di Emanuele

Led datasheet

Servirebbe il datasheet (foglio tecnico) dei led.
Perche oltre ad un controllo di luminescenza credo si possa controllare solo l'efficienza (ma questa dipende da tutto il sistema).
Spesso mi giungono voci di bassa durata nel tempo e dissipazioni eccessive di calore che distruggono i led nel breve periodo....

(anche un check visivo a volte può aiutare perche ho sentito anche di casi dove il led si 'scollava' facilmente dal package)

 

 

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