Como funciona um LED

Como funciona um LED

Hoje descobri como funciona um LED. Um LED ou "Light Emitting Diode" é basicamente como o nome descreve; é um tipo especial de diodo que é especificamente otimizado para liberar luz, geralmente no espectro visual ou infravermelho, à medida que a eletricidade passa por ele.

Um diodo é um tipo especial de semicondutor que tem muitos usos. Um dos principais usos é controlar a direção do fluxo de eletricidade. O tipo mais comum de diodo faz isso usando algo chamado “junções p-n”. Esta é apenas uma maneira elegante de dizer “mágica”. 😉

Realmente, em termos simples, pense em um Dr. Pepper pode ser dividido no meio. Em uma metade você fez um material semicondutor que você adicionou impurezas para que ele contenha transportadores carregados negativamente; basicamente uma abundância de elétrons. Em seguida, chamamos esse lado de "semicondutor do tipo n". Na outra metade, você fez a mesma coisa, exceto que você introduziu impurezas que contêm carregadores carregados positivamente; basicamente pense nisso como um monte de buracos que precisam ser preenchidos por elétrons. Nós chamamos esse lado de "semicondutor do tipo p".

Portanto, temos de um lado um semicondutor do tipo n e do outro lado um semicondutor do tipo p. O limite entre esses dois é chamado de “junção p-n”. É aqui que toda a mágica acontece. Acontece que a corrente convencional vai viajar de um lado para o outro, mas não gosta de ir na direção oposta. Então você pode usar isso para garantir que a eletricidade flua na direção que você quer no seu circuito (entre muitas outras coisas; seriamente, os diodos são loucos de várias maneiras e vários diodos especializados podem fazer outras coisas interessantes, que eu não vou entrar neste artigo, mas provavelmente irá rever em algum momento. De um modo geral, essas junções pn são o cerne de quase todos os dispositivos eletrônicos semicondutores).

Então, como esses diodos são modificados para produzir luz? Bem, acontece que eles não precisam ser modificados para produzir uma forma de radiação de luz. No entanto, diodos padrão tendem a ser feitos de materiais que absorvem a maior parte da radiação luminosa emitida e, mais importante, tendem a não emitir a luz de forma visível para o homem.

O que está acontecendo aqui é que, à medida que a eletricidade salta pela junção p-n, os elétrons do lado “n-type” “preenchem buracos” no lado “p-type”. Durante este processo, os elétrons acabam mudando seu estado. Durante essa mudança de estado, um fóton é emitido. Mais especificamente, o que está acontecendo é que, à medida que os elétrons se movem em torno da órbita de um núcleo de um átomo, elétrons com órbitas diferentes têm diferentes quantidades de energia. Elétrons com órbitas mais distantes do núcleo têm maior energia e os mais próximos têm menos energia.

Então, para um elétron mudar sua órbita, ele precisa perder energia ou ganhar energia. O que nos interessa nos LEDs são os elétrons que vão de uma órbita mais alta a uma órbita mais baixa, perdendo energia na forma de um fóton de luz. Quando os elétrons do lado tipo-n “preenchem os buracos” no lado tipo-p, eles então perdem energia na forma desses fótons de luz. Quanto maior a liberação de energia, maior a freqüência de emissão do fóton de luz, alterando a cor.

Se a frequência acaba sendo no espectro visível humano (o alcance que seus olhos podem ver), então você verá a luz sendo emitida pelo LED. Se não, como quando emitidos no espectro infravermelho, você não o verá. Mas ainda pode ser útil, por exemplo, ao permitir que você altere o canal na sua TV (os LEDs infravermelhos são normalmente usados ​​no controle remoto da TV, entre muitos outros lugares). Quando você pressiona um botão no controle remoto, não vê a luz, mas o receptor na sua TV pode vê-lo e pode interpretar o que está vendo no LED infravermelho.

Nos LEDs, a luz que acaba sendo criada depende, então, do material que está sendo usado e da corrente que passa por ele. A luz em um diodo padrão tem os átomos organizados de modo que a queda de energia do elétron seja muito curta e, assim, a freqüência da luz emitida não é visível para os nossos olhos, mas sim para o infravermelho. Então, basta colocar, LEDs onde você pode ver a luz são feitos de materiais semicondutores que criam uma queda maior na órbita do elétron, de modo que a freqüência do pacote de fótons saia no espectro visual humano. Eles podem até mesmo ser projetados de modo que a quantidade de eletricidade que flui através deles realmente mude a queda e assim você pode ter um LED multicolorido.

Fatos do bônus:

  • Os diodos foram os primeiros dispositivos eletrônicos semicondutores.
  • A descoberta da junção p-n é atribuída ao físico americano Russell Ohl, da Bell Laboratories.
  • Essas "junções p-n" não são apenas o núcleo dos diodos, mas também os blocos de construção de quase todos os dispositivos eletrônicos semicondutores, como transistores, células solares, circuitos integrados etc.
  • O processo de adicionar impurezas a um semicondutor é chamado de "doping".
  • Os LEDs são muito mais eficientes do que as lâmpadas incandescentes “regulares”, devido ao fato de que quase não emitem calor; assim, uma porcentagem muito maior da eletricidade usada vai para a produção de luz, em vez de lâmpadas incandescentes, onde uma boa porcentagem delas acaba produzindo calor.
  • Esse fenômeno da luz emitida como resultado da corrente percorrida por um dispositivo é chamado de "eletroluminescência". Isso é diferente de coisas como emissões de luz devido ao calor, que é chamado de incandescência; ou luz através de alguma reação química, que é chamada de quimiluminescência; entre outros.
  • A eletroluminescência foi descoberta pela British J.J. Round of Marconi Labs em 1907.

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