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?
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