Que es el Diodo Led

Los LEDs son componentes eléctricos semiconductores (diodos) que es capaz de emitir una radiación electromagnética en forma de Luz.

Las siglas “LED” provienen del inglés “Light Emitting Diode”, que traducido al español es «Diodo Emisor de Luz». Un led es un diodo al fin y al cabo.

Los Diodos Leds tienen dos patillas de conexión una larga y otra corta, Ver imagen más abajo

Cuando conectamos con polarización directa el diodo led el semiconductor de la parte de arriba permite el paso de la corriente que circulará por las patillas (cátodo y ánodo) y al pasar por el semiconductor, este semiconductor emite luz.

Un led típico contiene un chip semiconductor emisor de luz y dos terminales donde apoyar el chip Yunque y Poste, (por donde, a su vez, le llega la corriente). Todo ello recubierto por un encapsulado de epoxy que sirve de protección y de lente.

La caída de tensión del led, es el voltaje necesario para el funcionamiento del led, generalmente está entre 1.8 y 3.7 voltios, dependiendo del color del diodo y de la composición de metales. Los colores Rojos, Amarillo, Naranjas, Verdes suelen trabajar a 1.8~2.4v.

Como medir la tensión de un led.

Los leds tienen una característica muy importante que es la tensión de unión y depende de los compuestos del chip.

Es fácil de medir la tensión del Led, para ello necesitamos una fuente de alimentación o pilas con una tensión de salida entre 9V y 12V, un tester y una resistencia de 1K ohms (1.000 ohms). Este valor de resistencia garantiza una corriente de 15~30mA para nuestro led. Usamos el tester para la medición a una escala de 20-50v, conectamos o pinzamos las dos patas del Led, Cable Rojo del tester al positivo y Negro al negativo ahora veremos un voltaje que podría estar entre 3 y 3.2v y nuestro Led encendido.

Los led pequeños de 1.8 hasta 10mm o los SMD, también se encienden débilmente si lo conectamos a un tester si tiene medición de diodos, esto nos indica que el Led no esta defectuoso.

Una manera fácil de calcular la resistencia es, si conocemos la corriente del Led (P.Ej: 20mA), el voltaje que conectamos el Led (12v) menos el voltaje del Led (3.2v) nos da 8.8v, lo dividimos por la corriente del Led (20mA 0.02A) nos da como resultado 440 ohmios, por tanto para un voltaje de 12v podemos usar resistencias de 420~470 ohmios.

Si conectamos dos led en paralelo entonces la resistencia debe ser la mitad, es decir 200~240 ohmios

Hay un Blog que nos ofrece una calculadora de resistencias para Led

El Rango de corriente admisible del led, es determinado por el fabricante, usualmente está en el rango de unos pocos mili amperios (10~30mA).

Reconocer la polaridad del led

Tal como se puede ver en la figura el pin más corto corresponde al Negativo o el corte de la base de la cabeza del Led.

Leds de Potencia

Básicamente consiste en un grupo o matriz de chip led, también conocido como COb (Chip on Board). Esta matriz contiene led de 0.2w, 0.5w o 1w.

Como se puede ver en la foto, todo el proceso de fabricación de un COB led.

Un Chip Led también conocido como DIE Led

También se considera Leds de potencia a los CREE por su configuración de chip en matriz de puntos o de barras

Led SMD

Existen en el mercado infinidades de medidas, desde los COB hasta los micro Led 0402, sin olvidar de los Side-Led, es decir los de montaje acostado en el pcb.

Características de los leds
LED es la abreviatura en lengua inglesa para Light Emitting Diode, que en su traducción al español correspondería a Diodo Emisor de Luz.
Un LED consiste en un dispositivo que en su interior contiene un material semiconductor que al aplicarle una pequeña corriente eléctrica produce luz. La luz emitida por este dispositivo es de un determinado color que no produce calor, por lo tanto, no se presenta aumento de temperatura como si ocurre con muchos de los dispositivos comunes emisores de luz.

El color de esta luz está íntimamente ligado a la composición y estructura química del semiconductor usado, especialmente a los materiales dopantes y sus proporciones. De esta manera, el LED emite luz en una banda generalmente reducida, habitualmente menor de 80nm, emitiéndose la mayor parte de la luz en una banda estrecha de 20-30nm. Por esto se dice que los leds son cuasi-monocromáticos, con respecto a otras fuentes luminosas, como los diodos láser o las lámparas LPS que emiten luz monocromática (1nm, 2 a lo sumo).

Se denomina wavelenght peak (pico de onda) a la longitud de onda en la que el led emite más energía. Esta magnitud se usa para identificar el color del led (radiométricamente). Para identificarlo fotométricamente, es decir, para la visión humana, se usa la «dominant wavelenght» (l.o. dominante), que da el nm que define el color general que emite el led (que no sólo emite en un nm). La longitud de onda dominante siempre parte de los 555nm (centro fotométrico del espectro visible), de manera que para leds emitiendo l.o mayores de 555nm (amarillo, naranja, rojo), ésta es menor que la de pico, y para leds emitiendo por debajo de 555nm (verde, cian, azul, violeta), ésta es mayor que la de pico. Para las aplicaciones de cultivo, nuevamente sólo nos interesa la longitud de onda de pico y la amplitud de banda. Pero muchos fabricantes sólo nos dan la  dominante.

También hay leds que emiten luz blanca, pero esto se consigue de dos maneras:

-Combinación de 3 leds (RGB: rojo, verde y azul), o 4 leds (RYGB: rojo, amarillo, verde y azul), obteniéndose la luz blanca por la combinación de estos colores.
-Led azul (450~462nm) al que se le añaden fósforos para convertir la luz en otros colores, cuya mezcla da el blanco y dentro del rango del azul tenemos el Royal Blue, 450-460nm.

Fabricantes de chip de marca: Osram, Seoul Semic., Edisom, Cree, Luxeon, Nichia, etc.
Fabricantes de chip genéricos: Epivalley Korea, Epileds Taiwan, Epistar Taiwan, BridgeLux USA

Hay que decir que el Led propiamente es el chip semiconductor “Dice”, que es de tamaño muy reducido. Los Led suelen usar chips de 270um (micrómetros, aprox. 1/3 de mm), los de alta potencia, de 1mm (de lado). Hay que tener en cuenta el reducido tamaño para entender las dificultades de los Led con el calor, pues todo el calor generado es en esta reducida superficie.

El resto de lo que la gente entiende por «Led» es el encapsulado de ése chip, que cumple varias funciones:

-Dar una forma al Led que facilite su uso en la aplicación deseada. Hay dos tipos básicos de encapsulado, uno para instalar a través de agujeros en un circuito impreso, que tiene patillas que se sueldan a éste y otro para instalar a través de soldadura de reflujo, Smd.

-Conducir el calor que genera el Led fuera del encapsulado de la manera más eficiente posible, es decir con la menor resistencia térmica posible. Para ello, en los de patillas se incrementa el grosor de éstas o bien se ponen más de dos (cuatro, en el caso de los «superflux/piraña»), y en los de superficie se usa una base muy conductora del calor, usualmente metálica o cerámica.

-Conseguir la máxima extracción óptica de los fotones generados en el chip. Esto es mucho más importante de lo que parece, dado que ya hay muchos chips con eficiencias energéticas de conversión superiores al 90%, pero no hay casi ninguno que supere el 50% de fotones emitidos al exterior del encapsulado. Es decir, una gran parte de la luz generada no es capaz de salir del Led.

El chip Led

Gran parte de las innovaciones para incrementar la eficiencia de los leds se refiere a mejorar la extracción de fotones del chip. Se observan leds que usan el mismo chip pero con diferencias de emisión debido a la óptica empleada en el encapsulado. Antiguamente (leds de patillas) se usaban resinas de epoxy, pero su alto índice de refracción y la tendencia a amarillear con el calor y los UV ha hecho que se sustituyan por resinas de silicona en los leds modernos.

¿Se puede saber cuanta luz emite un led?
Antes de pasar a los datos técnicos, hay que aclarar una cuestión que se plantea mucha gente a la hora de comprar leds. ¿Cuanta luz dan?

Parece una tontería, pero no lo es en absoluto, dado que va a ser el parámetro que va a definir más fuertemente la eficacia del led. Dado que los leds se han usado para señalización durante muchos años, la costumbre ha sido dar los datos de intensidad (Cd en el eje óptico) y ángulo de apertura. Esto sigue siendo lo habitual para leds de patillas. El problema es que no existe una conversión directa, y para hacer una conversión, bastante trabajosa es necesaria una curva polar de la emisión del led (que muestra con cuanta intensidad emite en cada dirección) precisa, lo que es muy poco habitual. Aún con ello, apenas se puede hacer una aproximación.

Los leds que suelen dar una medida de la emisión total, en lm y en en mW, son los de alta potencia, diseñados para iluminación. Teniendo la emisión total en lm y el SPD, se puede hacer la conversión a unidades radiométricas, de manera que sepamos cuánta luz está emitiendo el led. Esta conversión es necesaria, pues la emisión en Lm, aunque bastante confusa en el fondo, permite una cierta orientación con luces de espectro amplio como las que se han usado hasta ahora, pero no sirve para nada con leds, debido a su estrecha banda de emisión.

Tener en cuenta que un led de 660nm dando 30lm está emitiendo mucha más luz que uno de 590nm emitiendo 100lm.

Es decir, que sin contar con una descripción precisa del led usado, es imposible saber cuánta luz emite un led, y esto es un severo problema a la hora de analizar una unidad comercial, que tenemos que solventar siendo muy creativos.

Lo que sí suele ser cierto es que exceptuando tres o cuatro fabricantes, la mayor parte de los datos de emisión de los leds son algo exagerados, lejos de los rendimientos teóricos ofrecidos por los fabricantes. La agencia de la energía de USA hace rondas de pruebas de productos leds que salen al mercado, comprobando los datos de los fabricantes. Muchas de las unidades probadas se quedan distantes de lo que indican y en ocasiones por debajo de lo pretendido: Caliper program

Las hojas de datos con las especificaciones de los leds contienen todos los datos necesarios para montarlos correctamente y hacerlos funcionar de la manera óptima. Así que al analizar estas especificaciones, nos vamos a encontrar con todos los conceptos relevantes.

Algo a tener muy en cuenta con respecto a los leds es que, como cualquier semiconductor, las características varían de un lote a otro y es muy importante tener en cuenta a la hora de la compra de cantidades en una misma  compra o en varias. Por ello, las especificaciones son medias, con niveles mínimos y máximos de 500-1000-1500ºK o 50-100nm. Y por ello existen múltiples «bins» para cada led, que los caracteriza con mayor precisión que las medias. Aún así, no hay dos leds idénticos, y hay que entender que las medias se alcanzan cuando se usa un cierto número de ellos, siendo un led individual bastante imprevisible.

Wavelength peak (y wavelength dominant)
El XR sólo lo indica en los bins. Lo típico para el DG es 634nm (pico) y 625nm (dominante), y siempre entre 620 y 632nm (dominante), la que nos interesa es la longitud de onda de pico.

Spectral bandwith at 50% (rel max)
Indica el ancho de banda espectral en el que se genera la mitad de la energía emitida. En este caso, 18nm. Phi (mayúscula) siempre indica la emisión del led. Puede llevar subíndices que lo detallan más, por ejemplo 90% (indicaría el 90% de la energía emitida).

Temperature coefficient (dom)
La longitud de onda siempre está representada. Lo que indica es cuantos nanómetros varía la longitud de onda (dominante en este caso) por cada grado de incremento de la temperatura en la unión del chip.
Esto nos dice que la emisión espectral también varía con la temperatura la cantidad de luz emitida y la longitud de onda. Este fenómeno es mucho más marcado en los chips led amarillos, naranjas y rojos “AlinGap”, mientras que los azules, verdes, blancos (InGan) se ven menos afectados, hasta el punto de que podemos ignorar este parámetro, pero no así en los rojos, que lo normal es que emitan 10nm mas largo que lo especificado, debido al calentamiento.

Los bines más conocidos son los de flujo. Algunos fabricantes permiten seleccionar los bines con un cargo adicional, otros no en el caso de los led de manufactura en China. Es decir, la emisión no solo depende del modelo de led, sino del Bin de flujo que cojamos, existiendo amplias diferencias.

El otro bin característico es el de longitud de onda, usualmente la dominante. El caso de los leds blancos es mucho más complejo, y hay un gran número de bines que representan diferentes tonos de color y reproducción cromática. Para los de colores, suele haber 2-3 bines para cada color. Es a través de los bins de color como seleccionaremos los led más adecuados para una aplicación.

Otro bin que antes era habitual y ahora no, es el de Vf. Usualmente cada bin de Vf cubre un margen de 250mV (If nominal). Un led con un bin bajo de Vf será más eficiente que otro emitiendo la misma luz pero con un Vf más alto, dado que la potencia es el resultado de Vf*If.

Las hojas de datos contienen otros datos relevantes, como la distribución espectral y la curva polar (o similar). SPD:

Este tutorial esta realizado con ayuda de wikipedia, foros nacionales e internacionales y la experiencia de muchos de nuestros clientes que pertenecen a otros foros y datos extraído de este foro.
Para no aburrir mas en el siguiente Post explicaremos su aplicación en los acuarios, componentes adicionales, ejemplos, conexionado y mas.

Estamos ampliando este hilo, ten paciencia. Gracias

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Que es el Led
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