Conosciamo ed utilizziamo i LED

Un componente elettronico che ha conosciuto notevole diffusione ed evoluzione negli ultimi anni è il diodo luminoso, che, nato come lampadina spia ed elemento base dei display, oggi è diventato la principale fonte di illuminazione artificiale. Questo trae origine da quando è stato possibile realizzare i LED a luce bianca, allorché il mondo dell’elettronica ha focalizzato i propri sforzi con l’intento di elevare l’efficienza luminosa e creare componenti di potenza idonea a sostituire i corpi illuminanti tradizionali. Oggi i LED hanno un’efficienza energetica (ossia luce emessa a parità di consumo) 10 volte superiore rispetto alle lampadine a filamento. La riduzione dei costi, l’aumento dell’affidabilità, la versatilità d’uso e la facilità di installazione, hanno quindi decretato il successo dei LED nell’illuminazione, cui vogliamo dedicare questo articolo, partendo da qualche accenno alla fisica del componente e dalle origini della tecnologia dei diodi luminosi.

Come funziona

LED significa Light Emitting Diode, ossia diodo emettitore di luce; un diodo a giunzione di semiconduttore che in polarizzazione diretta, alimentato con una tensione che superi quella di soglia, produce ed emette luce. La giunzione PN è fatta con un semiconduttore non naturale, come silicio e germanio, ma di sintesi, perché altrimenti la radiazione luminosa emessa non è visibile ad occhio. Il tipo e il drogaggio del semiconduttore determinano la lunghezza d’onda e quindi il colore della luce emessa; non solo, ma influenza anche la tensione diretta richiesta per ottenere la luce.

La tensione di funzionamento di un LED può variare dagli 1,8 ai 3,6 V circa in base al colore della luce emessa: è più bassa in quelli rossi e arancioni, un po’ più alta in quelli gialli e verdi e supera i 3 volt nei LED blu e bianchi (che di norma sono LED blu o ultravioletti internamente rivestiti di fosfori che convertono tale luce in bianca). Di media i LED comuni vanno alimentati a tensione continua, con una corrente compresa tra i 5 e i 20 mA; la corrente non si limita da sè ma occorre limitarla o (meglio) stabilizzarla. Nella situazione più semplice, per far accendere un LED rosso con i 5V di un microcontrollore o altro dispositivo che fornisce livelli TTL, abbiamo bisogno di porre in serie all’anodo un resistore di circa (5-3)/0,02=100 ohm.

Sebbene nasca per funzionare in continua, il LED può lavorare in alternata, fermo restando che si illumina solo quando la tensione è positiva sull’anodo e negativa sul catodo; tuttavia se l’ampiezza tensione supera il valore della tensione inversa in interdizione, è necessario tagliare la semionda negativa mediante un diodo collegato in antiparallelo (ossia con il catodo sull’anodo del LED e il catodo di quest’ultimo sull’anodo del diodo).

I led da illuminazione

Quando la tecnologia ha consentito di realizzare LED a luce bianca, l’industria ha iniziato a creare diodi specifici per illuminotecnica, basati su giunzioni emittenti luce blu o ultravioletta (i primi risalgono alle ricerche fatte nei laboratori della giapponese Nichia tra il 1991 e il 1995) convertita, come avviene nei tubi fluorescenti, da fosfori di cui è rivestito l’interno dell’involucro. Così da una luce ultravioletta se ne ricava una bianca a diverse gradazioni (quelle comuni sono calda, naturale e fredda) o usando una luce blu ed un fosforo che emette luce gialla se ne ottiene una che dà la sensazione di una luce bianca. Come semiconduttore viene usato il nitruro di Gallio (GaN).

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One Thought to “Conosciamo ed utilizziamo i LED”

  1. lomanassero

    Complimenti per la chiarezza.
    Mi rendo conto che la differenza è irrilevante per la quasi totalità dei lettori, ma Wikipedia fissa la conversione da Celsius a Kelvin in 273,15 non 273,16.

    Mi pare doveroso notare che anche la lampade a filamento generano picchi di corrente alla inserzione dovuti alla variazione di resistenza fra temperatura ambiente e quella di esercizio.
    Nella mia personale esperienza avevo misurato una variazione di dieci volte fra valore di picco e valore di esercizio, che ci aveva costretti ad inserire una rampa nel sistema di alimentazione.
    Il sistema di diodo antiparallelo, per l’applicazione in corrente alternata, è troppo costoso, sia nel caso del LED singolo, perché ne raddoppierebbe il costo, che nel caso in cui sia applicato alla serie di LED perché obbligherebbe ad una resistenza di valore diverso e comunque ci sarebbe una perdita di efficienza del 50 %. Meglio due serie di LED in antiparallelo integrate con resistenze e condensatori di protezione dai picchi di tensione.
    Grazie per l’attenzione, cordiali saluti.
    Lorenzo Manassero

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