RELATÓRIO DE DIODO EMISSOR DE LUZ

Prévia do material em texto

5 
 
1. INTRODUÇÃO 
Em 1961 dois pesquisadores, Robert Biard e Gary Pittman, descobriram que certo 
composto era capaz de emitir radiação infravermelha quando percorrido por uma 
corrente elétrica. Este composto é o GAAS (Arsenieto de gálio), este composto é 
usado na fabricação de diodos retificadores e outros. Porém a radiação infravioleta 
não pode ser vista a olho nu, logo mais em 1962 Nick Holonyak consegui obter 
através de um LED iluminação visível, na cor vermelha. Robert e Gary patentearam 
a ideia, mas Nick Holonyak é considerado o inventor do LED (Light Emitting Diode). 
O diodo emissor de luz ou simplesmente LEDs (como são conhecidos), 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. 
Figura 1: Três LEDs comuns. 
 
O LED é um diodo semicondutor (junção P-N) que quando é energizado emite luz 
visível, por isso LED (Diodo Emissor de Luz). A luz não é monocromática (como em 
um laser), mas consiste de uma banda espectral relativamente estreita e é produzida 
pelas interações energéticas do elétron. O processo de emissão de luz pela 
aplicação de uma fonte elétrica de energia é chamado eletroluminescência. A forma 
simplificada de uma junção P-N de um LED demonstra seu processo de 
eletroluminescência. O material dopante de uma área do semicondutor contém 
átomos com um elétron a menos na banda de valência em relação ao material 
semicondutor. Na ligação, os íons desse material dopante (íons "aceitadores") 
removem elétrons de valência do semicondutor, deixando buracos, fazendo com que 
o semicondutor se torne do tipo P. Na outra área do semicondutor, o material 
 
6 
 
dopante contém átomos com um elétron a mais do que o semicondutor puro em sua 
faixa de valência. Portanto, na ligação esse elétron fica disponível sob a forma de 
elétron livre, formando o semicondutor do tipo N. 
Como o LED é um dispositivo de junção P-N, sua característica de polarização direta 
é semelhante à de um diodo semicondutor. Nos LEDs redondos, duas codificações 
são comuns: identifica-se o terminal K como sendo aquele junto a um pequeno 
chanfro na lateral da base circular do seu invólucro ("corpo"), ou por ser o terminal 
mais curto dos dois. Existem fabricantes que adotam simultaneamente as duas 
formas de identificação. Nos LEDs retangulares, alguns fabricantes marcam o 
terminal K com um pequeno "alargamento" do terminal junto à base do componente, 
ou então deixam esse terminal mais curto. 
Os LEDs não suportam tensão reversa (Vr) de valor significativo, podendo-se 
danificá-los com apenas 5 V de tensão nesse sentido. Por isso, quando alimentado 
por tensão de corrente alternada, o LED costuma ser acompanhado de um diodo 
retificador em polaridade invertida em relação ao LED, com a finalidade de conduzir 
os semi-ciclos nos quais o LED fica no corte, limitando essa tensão reversa em 
torno de 0,7V (tensão direta máxima do diodo), um valor suficientemente baixo para 
que sua junção não se danifique. Pode-se adotar também uma ligação em série 
entre o diodo de proteção e o LED. 
Figura 2: Cores associadas a alguns semicondutores usados atualmente. 
 
Existem variações de modelos de LEDs, alguns deles são: 
• LEDs difusos comuns: a luz destes LEDs é espalhada por sua capsula de 
plástico. O objetivo seria que a luz fosse uniforme no decorrer da superfície 
do LED, mas ainda assim existem pontos com maior luminosidade e menor 
luminosidade; 
 
7 
 
• LEDs de alto brilho: a potência luminosa destes LEDs é bem maior do que a 
dos LEDs difusos, por exemplo. A capsula de plástico é transparente, o que 
aumenta a luminosidade do LED, sua luz é concentrada; 
• Fitas de LED: como o nome sugere, é uma fita que possui, em sua extensão, 
vários LEDs minúsculos, brilhando em conjunto ou alternados, dependendo 
do modelo da fita; 
• LEDs bicolores: podem ser difusos ou transparentes, possuem duas cores, 
ou a combinação de duas cores para formar uma terceira cor. Ele pode 
apesentar dois ou três terminais; 
• LEDs RGB ou tricolores: possuem três cores, vermelho, verde e azul (Blue). 
Podem ser difusos ou transparentes. O uso das cores pode ser em conjunto 
ou individuais; 
• LEDs SMD: são os LEDs usados nas fitas de LEDs, podem ser difusos, 
transparentes ou tricolores; 
• Matriz de LEDs: são conjuntos de LEDs usados em linhas ou colunas, para 
apresentar leras e até gráficos de baia resolução. Podem ser difusos, 
tricolores ou transparentes, podem funcionar em conjunto ou individualmente 
dependendo do modelo. 
 
Figura 3: Variações de modelos de LEDs. 
 
 
 
 
 
 
8 
 
2. OBJETIVO 
Determinar a curva característica de diversos leds, bem como suas respectivas 
tensões de condução e a potência dissipada por cada um deles. 
 
3. MATERIAIS UTILIZADOS 
● Fonte de tensão ajustável; 
● Led infravermelho; 
● Led vermelho; 
● Led verde; 
● Led azul; 
● Led violeta; 
● Multímetro digital; 
● Cabos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9 
 
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
Monte com atenção o circuito mostrado na Figura 2 com o led infravermelho. 
 Figura 4: circuito em série composto por fonte de tensão, led e amperímetro. 
 
- Ligue a fonte de tensão em 0,0 V e varie a tensão em passos descritos nas 
tabelas, observando atentamente o valor da corrente no amperímetro. Anote esses 
valores na Tabela 1. Determine para cada led a potência dissipada (𝑃 = 𝑉. 𝐼). 
 
Tabela 1: valores de tensão, corrente e potência medidos com o led infravermelho. 
 
Tensão 
(V) 
Corrente 
(mA) 
Potência 
(mW) 
0,0 0,0 0,0 
0,1 0,0 0,0 
0,2 0,0 0,0 
0,3 0,0 0,0 
0,4 0,0 0,0 
0,5 0,0 0,0 
0,6 0,0 0,0 
0,7 0,0 0,0 
0,8 0,0 0,0 
0,9 0,20 0,18 
1,0 1,10 1,10 
1,1 14,20 15,62 
1,2 48,40 58,08 
1,3 94,90 123,37 
1,4 152,70 213,78 
1,5 191,00 286,50 
 
 
 
 
 
10 
 
Gráfico 1: Corrente (mA) x Tensão (V) com o led infravermelho. 
 
 
 
- Substitua o led infravermelho pelo vermelho e repita o procedimento anterior. 
Anote os valores medidos na Tabela 2. 
 
Tabela 2: valores de tensão, corrente e potência medidos com o led vermelho. 
 
Tensão 
(V) 
Corrente 
(mA) 
Potência 
 (mW) 
0,0 0,0 0,0 
0,1 0,0 0,0 
0,2 0,0 0,0 
0,3 0,0 0,0 
0,4 0,0 0,0 
0,5 0,0 0,0 
0,6 0,0 0,0 
0,7 0,0 0,0 
0,8 0,0 0,0 
0,9 0,0 0,0 
1,0 0,0 0,0 
1,1 0,0 0,0 
1,2 0,0 0,0 
1,3 0,0 0,0 
1,4 0,0 0,0 
1,5 0,0 0,0 
1,6 0,06 0,096 
1,7 0,79 1,343 
1,8 3,40 6,120 
 
 
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
C
o
rr
e
n
te
 (
m
A
)
Tensão (V)
Led Infravermelho
 
11 
 
Gráfico 2: Corrente (mA) x Tensão (V) com o led vermelho. 
 
 
 
 
- Substitua o led vermelho pelo verde e repita o procedimento anterior. Anote os 
valores medidos na Tabela 3. 
 
Tabela 3: valores de tensão, corrente e potência medidos com o led verde. 
 
Tensão (V) Corrente (mA) Potência (mW) 
0,0 0,0 0,0 
0,2 0,0 0,0 
0,4 0,0 0,0 
0,6 0,0 0,0 
0,8 0,0 0,0 
1,0 0,0 0,0 
1,2 0,0 0,0 
1,4 0,0 0,0 
1,6 0,0 0,0 
1,8 0,0 0,0 
2,0 0,0 0,0 
2,2 0,03 2,23 
2,4 0,15 0,36 
 
 
 
 
 
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
C
o
rr
e
n
te
 (
m
A
)
Tensão (V)
Led vermelho
 
12 
 
Gráfico 3: Corrente (mA) x Tensão (V) com o led verde.- Substitua o led verde pelo azul e repita o procedimento anterior. Anote os valores 
medidos na Tabela 4. 
 
Tabela 4: valores de tensão, corrente e potência medidos com o led azul. 
Tensão 
(V) 
Corrente 
(mA) 
Potência 
(mW) 
0,0 0,0 0,0 
0,2 0,0 0,0 
0,4 0,0 0,0 
0,6 0,0 0,0 
0,8 0,0 0,0 
1,0 0,0 0,0 
1,2 0,0 0,0 
1,4 0,0 0,0 
1,6 0,0 0,0 
1,8 0,0 0,0 
2,0 0,0 0,0 
2,2 0,0 0,0 
2,4 0,19 0,456 
2,6 1,97 5,122 
2,8 5,85 16,380 
 
 
 
 
0,0
0,1
0,1
0,2
0,2
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
C
o
rr
e
n
te
 (
m
A
)
Tensão (V)
Led verde
 
13 
 
Gráfico 4: Corrente (mA) x Tensão (V) com o led azul. 
 
 
 
- Substitua o led azul pelo violeta e repita o procedimento anterior. Anote os valores 
medidos na Tabela 5. 
 
Tabela 5: valores de tensão, corrente e potência medidos com o led violeta. 
 
Tensão 
(V) 
Corrente 
(mA) 
Potência 
(mW) 
0,0 0,0 0,0 
0,2 0,0 0,0 
0,4 0,0 0,0 
0,6 0,0 0,0 
0,8 0,0 0,0 
1,0 0,0 0,0 
1,2 0,0 0,0 
1,4 0,0 0,0 
1,6 0,0 0,0 
1,8 0,0 0,0 
2,0 0,0 0,0 
2,2 0,0 0,0 
2,4 0,0 0,0 
2,6 0,01 0,026 
2,8 0,84 2,352 
3,0 4,97 14,910 
3,2 11,25 36,000 
 
 
 
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
C
o
rr
e
n
te
 (
m
A
)
Tensão (V)
Led azul
 
14 
 
Gráfico 5: Corrente (mA) x Tensão (V) com o led violeta. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5
C
o
rr
e
n
te
 (
m
A
)
Tensão (V)
Led violeta
 
15 
 
5. DISCUSSÃO 
- Com base nos valores obtidos nas Tabelas 1 a 5, plote um gráfico da curva 
característica de cada led, ou seja, da Corrente (mA) x Tensão (V). OBS.: plote os 5 
gráficos em um só para uma melhor visualização (conforme a Figura 1) e discuta se 
o comportamento segue o previsto nessa figura. 
 
R: Na figura 1, é determinado que cada LED inicia a condução de corrente e 
emissão de fótons em uma dada ordem: infravermelho, vermelho, verde, azul e 
violeta, o mesmo pode ser observado nos gráficos plotados com os dados das 
tabelas preenchidas no experimento. 
 
- Determine a tensão de condução de cada led, caracterizada pelo início da emissão 
de fótons e discuta em qual led há condução com uma tensão mais baixa e em qual 
led há condução com uma tensão mais alta. 
 
R: O LED infravermelho inicia a emissão de fótons com a tensão mais baixa: 0,8 V e 
o LED violeta com a tensão mais alta: 2,6 V. 
 
LED Infravermelho Vermelho Verde Azul Violeta 
Tensão de 
condução (V) 
0,8 1,5 2,0 2,2 2,6 
 
- Pesquise sobre os materiais de que são constituídos os leds estudados nesse 
experimento e o que é banda de valência e banda de condução (band gap). 
 Figura 5: Materiais que constituem o led 
 
16 
 
 
R: Os leds estudados nesse experimento são constituídos de chip semicondutor, 
copo refletor, lente (alojamento externo) e dois contatos de fornecimento de energia, 
que nada mais são materiais semicondutores, lembrando que semicondutor é um 
material capaz de conduzir corrente elétrica. No caso dos leds normalmente 
encontramos um material condutor chamado arsenieto de alumínio e gálio (AlGaAs). 
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. 
Banda de valência é uma banda de energia formada por níveis de energia, ocupada 
por elétrons semilivres, que estão um pouco mais separados do núcleo que os 
demais. É nesta banda de energia que se acumulam as lacunas eletrônicas ou 
buracos eletrônicos, após serem criadas no material por processos energéticos, 
como por exemplo, a incidência de radiação eletromagnética. É nela também que se 
dá o transporte de lacunas (buracos) sob a influência de campo elétrico aplicado. 
Esta banda tem energias menores que a banda de condução, onde se dá o 
transporte dos elétrons. 
Banda de Condução é a região dentro da banda de valência mais próxima ao nível 
de Fermi, parcialmente preenchida com elétrons, sendo, apenas os elétrons com 
energia mais próxima ao nível de Fermi, terão a probabilidade de se tornarem 
elétrons livres, ou seja, se movimentar com relativa liberdade pelo material, logo, 
portadores de corrente, participando do processo de condução da eletricidade pelo 
material. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
17 
 
6. CONCLUSÃO 
Analisando os resultados obtidos experimentalmente, observamos que a cor do led 
não é definida pelo material que o envolve, depende da pastilha do semicondutor 
usado. O led infravermelho inicia a condução de corrente com uma tensão mais 
baixa em relação aos outros leds, já com o led violeta acontece o inverso, a tensão 
em que começa a conduzir corrente é mais alta, porém, ao usar um led não basta 
levar em conta a tensão que ele precisa para acender. Existem outros fatores a 
serem considerado, um deles é o comportamento do led. Quando o led começa a 
conduzir, sua resistência cai de tal forma que, se não houver um resistor para limitar 
a corrente ela aumenta a ponto de provocar sua queima. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
18 
 
7. BIBLIOGRAFIA 
1. Halliday, D.; Resnick, R.; Walker, J. Fundamentos de Física III, 
Eletromagnetismo. Editora LTC. Rio de Janeiro, 2012. 
2. Teoria das cores dos leds. Disponível em: 
http://www4.pucsp.br/webduino/experimentos/espectrofotometro-
remotoautomatizado/teoria.html.Acessoem09/05/2017. 
3. Bandas de valência e de condução em um led. Disponível em: 
http://www.fsc.ufsc.br/~canzian/fsc5508/artigos/ledcefet.pdf. Acesso em 
09/05/2017. 
4. Internet: http://www.infoescola.com/eletronica/led-diodo-emissor-de-luz/, 
acesso em 20/05/2017. 
5. Internet: http://www.iar.unicamp.br/lab/luz/dicasemail/led/dica36.htm, acesso 
em 20/05/2017. 
6. Internet: https://pt.wikipedia.org/wiki/Banda_de_condu%C3%A7%C3%A3o, 
acesso em 20/05/2017. 
7. Internet: https://pt.wikipedia.org/wiki/Banda_de_val%C3%AAncia, acesso em 
20/05/2017. 
8. Internet: https://pt.wikipedia.org/wiki/Diodo_emissor_de_luz, acesso em 
20/05/2017.