P1A04.1 LED

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Eletrônica A
Aula 04.1 –Diodos especiais
(Parte 1: LEDe Fotodiodo)
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus Pato Branco
Disciplina: Eletrônica A (EL25EL/EL25CP)
Professor Diogo Vargas
Conteúdo programático
EMENTA CONTEÚDO
1. Teoria de 
semicondutores
1. Estrutura Atômica; Modelo de Bohr; 
2. Materiais Semicondutores Intrínsecos e Extrínsecos P e N; 
3. Material Semicondutor Extrínseco submetido a energias externas; 
4. Propriedades da Junção PN; 
5. Equacionamento.
2. Dispositivos 
Semicondutores
1. Introdução aos dispositivos semicondutores;
2. Principais tipos e suas aplicações.
3. Diodos Semicondutores e 
suas Aplicações
1. Características do diodo PN; 
2. Curva Característica VxI; Folha de Especificação; Características dinâmicas: 
capacitância de transição e tempo de recuperação reversa; 
3. Modelos Matemáticos de Análise dos diodos; Equação do Diodo; Reta de Carga; 
4. Retificadores; Grampeadores e Limitadores; Multiplicadores de Tensão; 
5. Diodo Emissor de Luz; 
6. Diodo Zener; 
7. Reguladores.
4. Transistores Bipolares de 
Junção, Polarização e 
Aplicações.
1. Estrutura e princípio de funcionamento; Folha de Especificação; 
2. Configurações BC, EC e CC e suas características; 
3. Polarizações DC e operação como chave; 
4. Aplicações.
5. Transistores de Efeito de 
Campo, Polarização e 
Aplicações.
1. Estrutura e princípio de funcionamento; 
2. MOSFET de depleção e de intensificação; Configurações e suas características; 
3. Folha de Especificação; 
4. Polarizações; 
5. VMOS; CMOS; 
6. Aplicações.
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Sumário
Diodos especiais
1. Diodo emissor de luz (LED)
2. Fotodiodo
3. Tensão Zener
4. Diodo Zener
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1. LED
• Diodo emissor de luz
• Light Emitting Diode (LED)
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1. LED
• Quando polarizado diretamente, emite luz. Através de um
processo chamado eletroluminescência
• Qualquer diodo emite energia quando há recombinação
de elétrons e lacunas na junção PN
• Em sua maioria, a energia emitida é em forma de calor
• Em diodos de Germânio (Ge) e de Silício (Si), a maior parte da 
energia (convertida durante a recombinação na junção) é 
dissipada na forma de calor
• Já diodos de Arsenieto de gálio (GaAS) emitem luz (invisível) 
na zona de infravermelho
• Valores típicos:
• VLED entre 1,5V e 2,5V
• ILED entre 5mA e 50mA
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1. LED
a) Diodo - Polarização reversa:
b) Diodo - Polarização direta:
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1. LED
a) Diodo - Polarização reversa:
b) Diodo - Polarização direta:
c) LED - Polarização direta:
Em um LED, enquanto polarizado diretamente, parte da 
energia dos elétrons é liberada na forma de luz (fótons) no 
fenômeno chamado eletroluminescência.
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Diodo Emissor de Luz (LED)
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Fonte: https://en.wikipedia.org/wiki/Light-emitting_diode
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Fonte: http://www.instructables.com/id/Practical-Guide-to-LEDs-1-Pick-Your-LED
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Fonte: http://www.instructables.com/id/Practical-Guide-to-LEDs-1-Pick-Your-LED
Tipos de LED
• LED de sinal
• Normalmente tem a cor da luz emitida definida pela cor do 
invólucro
• Aplicação: indicação, painéis, etc
• Não necessita dissipador
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Tipos de LED
• LED de sinal
• LED de iluminação
• LED de alto brilho (High Brightness LED, HBLED); LED de potência; 
etc
• O comprimento de onda da luz emitida (cor) depende dos 
materiais utilizados na dopagem das regiões P e N.
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Dissipador em LED de 
iluminação
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Fonte: http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/TND345-D.PDF
Radiação eletromagnética e 
Luz visível (humanos)
• Luz visível (humanos)
• Radiação eletromagnética 
• A luz visível é definida como a parte do espectro eletromagnético
com comprimento de onda compreendido entre
(aproximadamente) 380nm e 780nm.
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Radiação eletromagnética e 
Luz visível
Ultra-violeta
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Luz visível
• Tipos de visão do olho humano
• Visão Noturna ou Visão Escotópica: iluminância abaixo de
3,4cd/m², bastonetes responsáveis pela visão.
• Visão Diurna ou visão Fotópica: iluminância acima de 3,4cd/m²,
cones responsáveis pela visão (detalhes e cores).
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Luz visível
• Tipos de visão do olho humano
• Visão Noturna ou Visão Escotópica: iluminância abaixo de
3,4cd/m², bastonetes responsáveis pela visão.
• Visão Diurna ou visão Fotópica: iluminância acima de 3,4cd/m²,
cones responsáveis pela visão (detalhes e cores).
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Luz visível
• Células sensíveis a luz no olho humano
i. Bastonetes: Visão monocromática (intensidade da luz,)
ii. Cones: Long, Medium and Short (RGB)
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LED e Comprimento de onda
• Ao analisar o espectro eletromagnético emitido por dispositivos 
baseados em GaInN/GaN azul, é possível notar que o pico do 
comprimento de onda está em 470nm.
• Já para dispositivos baseados em GaInN/GaN verde, este pico fica 
em 525nm.
• E em LED de AlGaInP/GaAs vermelho em 625nm.
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Fonte: https://en.wikipedia.org/wiki/Light-emitting_diode
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LED RGB
• Dopagem
• Espectro visível
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LED de luz branca
• A sintetização de luz branca a partir de LEDs normalmente é 
feita por duas técnicas:
a) Combinação de cores primárias
• A correta mistura de três fontes de luz primárias, ou seja, utilizar três 
LEDs de cores vermelho (625~740nm), verde (500~565nm) e azul 
(440~485nm)
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LED de luz branca
• A sintetização de luz branca a partir de LEDs normalmente é 
feita por duas técnicas:
a) Combinação de cores primárias
b) Conversão da luz azul
• Luz azul tem o pico do comprimento de onda entre 450~470nm, ao 
adicionar uma camada de fósforo, parte desta luz é convertida para 
um comprimento de onda aproximadamente entre 500~650nm
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LED como fonte de luz
• Tendência de mercado: LED como fonte de luz
• Principais vantagens:
• Alta relação lúmen/Watt
• Baixo custo (amadurecimento tecnológico)
• Vida útil elevada
• Outras:
• Baixo ângulo de abertura
• Resistência mecânica
• Não utiliza componentes nocivos (ex. mercúrio)
• Lâmpadas fluorescentes modernas tem baixa quantidade.
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Fonte: http://www.gelighting.com/LightingWeb/na/consumer/products/brightness/100-
watt/
1750/26=67lm/W 1600/27=59lm/W
Vida útil
• All conventional light sources dim over time, even LEDs
• Standard light sources fail (open filament etc)
• Properly designed LEDs dim gracefully
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Fonte: http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/TND345-D.PDF
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Relação: Lúmen / Watt
• Diferença:
• Eficiência (efficiency), eficácia (efficacy), etc.
• Quanto menor a corrente de operação:
• Maior é a relação lúmen/Watt
• Mas também o fluxo emitido é menor
• Assim, precisa de um número de LEDs maior para gerar a mesma 
quantidade de luz (maior custo) U
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Exemplo: Cree XLampXP-E
• Características gerais:
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Fonte: http://www.cree.com/LED-Components-and-Modules/Products/XLamp/Discrete-
Directional/XLamp-XPE
Exemplo: Cree XLampXP-E
• Espectro: LED “branco” com temperatura de cor diferente
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Fonte: http://www.cree.com/LED-Components-and-Modules/Products/XLamp/Discrete-
Directional/XLamp-XPE
Exemplo: Cree XLampXP-E
• Curva: Tensão vs Corrente
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Fonte: http://www.cree.com/LED-Components-and-Modules/Products/XLamp/Discrete-
Directional/XLamp-XPE
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Exemplo: Cree XLampXP-E
• Curva: Fluxo vs Corrente
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Fonte: http://www.cree.com/LED-Components-and-Modules/Products/XLamp/Discrete-
Directional/XLamp-XPE
Exemplo: Cree XLampXP-E
• Ângulo de abertura
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Fonte: http://www.cree.com/LED-Components-and-Modules/Products/XLamp/Discrete-
Directional/XLamp-XPE
Sumário
Diodos especiais
1. Diodo emissor de luz (LED)
2. Fotodiodo
3. Tensão Zener
4. Diodo Zener
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2. Fotodiodo
• Operam com o princípio de que fótons incidindo em uma junção 
semicondutora liberam portadores.
• Os portadores podem fazer com que surja uma tensão entre os 
terminais do diodo ou afetar sua resistência à passagem de 
corrente elétrica.
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2. Fotodiodo
• O fotodiodo é um dispositivo muito sensível, e por isso, exige 
bons circuitos de amplificação.
• São extremamente rápidos podendo detectar pulsos de luz em 
taxas que chegam a dezenas e até centenas de MHz.
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2. Fotodiodo
• Exemplo: Vishay BPW21R
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Bibliografia
• BOYLESTAD, Robert & NASHELSKY, Louis. Dispositivos Eletrônicos
e Teoria de Circuitos - Rio de Janeiro, Editora Prentice-Hall do
Brasil Ltda;
• MALVINO, Albert Paul. Eletrônica. São Paulo, McGraw-Hill do
Brasil. Vol. 1.
• http://forum.outerspace.terra.com.br/index.php?threads/cinque
nt%C3%83o-led-faz-aniversario-de-50-anos-fotos.308689/
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