¿El diodo led como fuente de iluminación?
Con mis conocimientos de electricidad y un aporte de documentación externa voy a intentar explicar lo mejor posible el funcionamiento físico de un diodo led.
Este fenómeno es una forma de electroluminiscencia , el led es un tipo especial de diodo que trabaja como un diodo común pero que al ser atravesado por la corriente eléctrica emite luz.
Definición
El led (light-emmiting diode) o diodo emisor de luz, es un dispositivo semiconductor que emite luz incoherente de espectro reducido cuando se polariza de forma directa la unión PN en la cual circula por el una corriente eléctrica.
El semiconductor o unión PN.
Se denomina unión PN a la estructura fundamental de los componentes electrónicos, componentes denominados semiconductores principalmente diodos y transistores. Esta estructura formada por la unión metalúrgica de dos cristales generalmente de silicio (Si),aunque también se fabrican en germanio (Ge).
Al unir estos cristales se manifiesta una difusión de electrones desde el cristal N al cristal P.
Funcionamiento del led
Cuando un LED es encuentra en forma de polarización directa, los electrones pueden recombinarse con los huecos en el dispositivo, liberando energía en forma de fotones, a este efecto se le conoce como el nombre de electroluminiscencia.
Polarización directa de la unión P-N
Se produce cuando conectamos el polo positivo de una fuente de alimentación a la parte P de la unión de los cristales PN, y el polo negativo a la parte N de la unión de los cristales PN.
Observando lo siguiente:
- EL Polo negativo de la fuente de alimentación repele los electrones libres del cristal N con lo que estos electrones se desplazan hacia la unión PN.
- El Polo positivo de la fuente de alimentación atrae a los electrones de valencia del cristal P, esto es equivalente a decir que empuja a los huecos hacia la unión PN.
- Cuando la diferencia de potencial existente entre los bornes de la fuente de alimentación es mayor que la diferencia de potencial en la zona de carga espacial, los electrones libres del cristal N adquieren la energía suficiente para saltar a los huecos del cristal P, los cuales previamente se han desplazado hacia la zona de unión PN.
- Por lo tanto una vez que que un electrón libre de la zona N salta a la zona P, atravesando la zona de carga espacial, cae en uno de los múltiples huecos de la zona P convirtiéndose en electrón de valencia, el cual es atraído por el polo positivo de la fuente de alimentación y se desplaza de átomo en átomo hasta llegar al final del cristal P, desde el cual se introduce en el hilo conductor hasta llegar a la fuente de alimentación.
- De este modo con la fuente de alimentación cediendo electrones libres hacia la zona N y atrayendo electrones de valencia hacia la zona P, aparece a través del diodo una corriente eléctrica constante hasta el final.
Zona de carga espacial
Como hemos mencionado con anterioridad, al unir ambos cristales,nos encontramos con una difusión de electrones del cristal N al P.
Al establecerse esta corriente aparecen cargas fijas a ambos lados de la unión de los cristales,denominando a este espacio como zona de carga espacial.
Con esta documentación hemos entendido el principio de funcionamiento de un diodo led.
A partir de ahora vamos a intentar llevar todo este aporte técnico al campo que a nosotros nos interesa como instaladores eléctricos.
¿Como conectamos un led?
Para que un led ilumine de forma continua ,este debe estar polarizado directamente, es decir el polo positivo de la fuente de alimentación conectado al ánodo del led y el polo negativo conectado al cátodo del led.
Es muy importante la característica de que la fuente de alimentación debe suministrar una tensión al led de tal forma que no exceda de sus límites admisibles. Lo que dañaría al led de forma irreversible.
La diferencia de potencial varía de acuerdo a las características técnicas de cada led.
- Rojo = 1,8 a 2,2 voltios.
- Anaranjado = 2,1 a 2,2 voltios.
- Amarillo = 2,1 a 2,4 voltios.
- Verde = 2 a 3,5 voltios.
- Azul = 3,5 a 3,8 voltios.
- Blanco = 3,6 voltios.
La lámpara led
Una lámpara led es una lámpara de estado solido que usa leds (diodos emisores de luz) como fuente de luminosidad.Debido a que la luz que es capaz de emitir un diodo led no es muy intensa, se procede a la agrupación de estos en mayor o menor número para consegir la intensidad lumínica deseada.
Lámpara de estado solido
El termino sólido hace referencia al hecho de que la luz de un dispositivo de estado solido es emitida por un objeto solido, generalmente un semiconductor.
Características de la lámpara led
Tensión de alimentación corriente continua
Hemos visto que los diodos funcionan con corriente continua, que las lámparas led se forman por la agrupación de leds con la finalidad de obtener el rendimiento lumínico que deseemos.
Por lo tanto esto nos lleva a que las lámparas led deben de estar formadas por circuitos internos para operar desde la corriente alterna.
El diodo led y las altas temperaturas
Un elemento a tener en cuenta en las lámparas led,es que los diodos led se dañan a altas temperaturas, por lo que estas deben estar diseñadas con elementos de gestión de la temperatura,como disipadores de calor o aletas de refrigeración.
Vida útil de la lámpara led
Las lámparas led tienen una larga vida y una gran eficiencia energética.
Eficiencia de los led
Los leds suelen tener mejor eficiencia cuanto menor es la corriente que circula por ellos por lo que para optimizar su rendimiento se busca un termino medio entre la intensidad luminosa que producen (mayor cuanto más grande la intensidad que circula por ellos) y la eficiencia (mayor cuanto menor es la intensidad que circula por ellos).
El Factor de potencia en las lámparas led
Esta es la medida de la capacidad de un producto o aparato eléctrico para realizar un trabajo respecto a la potencia demandada. Es la relación de potencia activa, que es la verdaderamente utilizada, respecto a la potencia aparente, que es la que realmente circula por los cables. El sistema LED tiene un factor de potencia de 0,96, mientras que los rangos de otros sistemas oscilan entre un 0,38 y un 0,60. Lo que se traduce en unas menores perdidas en los cables y el resto del sistema de alimentación.
Tipos de lámpara led
En el mercado actual existen variedad de lámparas led.
Lámparas de alta luminosidad
Lámpara tipo bombilla led
Lámpara tipo QR
Lámpara tipo par
Tubos led
Downlights led
Proyectores led
Balizas led
Por lo tanto sabiendo como funciona el led, las características que lo definen y sus ventajas ,ya estamos preparados para elegir el tipo de led más conveniente en cada tipo de instalación.
