Se existe um componente que oferece mil e uma possibilidades para a criação de gambiarras, seu nome é LED, ou diodo emissor de luz. Disponível em diversas cores e formatos, ele tanto pode ser alimentado por pilhas, baterias e dínamos e abre uma ampla gama de possibilidades para os criadores das mais interessantes gambiarras. Neste artigo mostraremos como usar LEDs em 110 V ou 220 V.
Figura 1 – Uma lâmpada de LEDs para a rede de energia
Os LEDs são dispositivos semi-condutores da família dos diodos, ou seja, operam com baixas tensões e conduzem a corrente num único sentido. Se bem que tenham sido criados com a finalidade básica de produzir pequenas intensidades de luz em circuitos de sinalização de baixa tensões, hoje existem LEDs de todos os tipos, tamanhos e cores e até lâmpadas formadas por LED de alto brilho, como a da figura 1.
Como Funciona um LED
LED é a abreviação de Light Emitting Diode ou Diodo Emissor de Luz, e seu princípio de funcionamento pode ser entendido a partir da análise do que ocorre com a estrutura da figura 2, quando uma corrente elétrica a percorre.
Figura 2 – Emissão de radiação por uma junção PN percorrida por uma corrente
Nesta estrutura, temos uma junção PN, ou seja, um diodo semicondutor comum. Quando uma corrente atravessa a junção, o processo de recombinação dos portadores de carga faz com que ocorra um estímulo e emissão que se concentra principalmente na faixa do infravermelho. Uma característica importante observada nessa radiação é que, em lugar de sua freqüência ser aleatória, como no caso da lâmpada incandescente que se espalha pelo espectro, ela tem uma freqüência muito bem definida, que depende do tipo de material usado no semicondutor, conforme mostra a figura 3.
Figura 3 – Espectro estreito de uma junção PN
Podemos dizer que, diferentemente de uma lâmpada comum, a radiação emitida neste caso é “sintonizada”, já que tem freqüência única. Para os diodos comuns de silício, onde foi descoberto o fenômeno, a intensidade de radiação emitida é muito pequena e praticamente não há utilidade para ela. No entanto, foi descoberto também, que se fossem usados outros materiais semicondutores, e ainda fossem acrescentados dopantes especiais, era possível emitir luz com maior intensidade e em diversas faixas do espectro. Os primeiros diodos emissores de luz criados foram então de um material denominado Arseneto de Gálio e Arseneto de Gálio com Índio (FgaAs e GaAsI) emitindo radiação principalmente na faixa dos infravermelhos. O passo seguinte foi a criação de materiais capazes de emitir radiação com comprimentos de onda cada vez menores até cair na parte do espectro visível. Surgiram então os primeiros LEDs capazes de emitir luz no espectro visível, na região do vermelho.
Observe que a cor da luz do LED não vem do plástico que o envolve. A cor da luz depende da pastilha do material semicondutor usado. Se um LED usa plástico vermelho, é porque este plástico tem a mesma cor da luz emitida e não é ele que determina essa radiação. LEDs com plástico transparente ou branco podem emitir luzes de diversas cores…
Os LEDs podem ser encontrados em uma infinidade de formatos e cores,
o que possibilita sua instalação em diversos tipos de gambiarras.
Características Elétricas
Os LEDs se comportam como diodos enquanto que as lâmpadas incandescentes representam cargas resistivas não lineares. Analisando características dos LEDs de diferentes cores, vemos que o ponto em que eles começam a conduzir pode variar conforme sua cor. A figura 4 mostra isso.
Figura 4 – Curvas dos diversos tipos de LEDs. Observe as tensões de condução.
Enquanto um diodo de germânio começa a conduzir com 0,2V e um diodo de silício com 0,7 V, um LED vermelho comum precisa de pelo menos 1,6 V para começar a conduzir e um LED azul pelo menos 2,7 V. Nas aplicações que usam baterias, a alimentação de LEDs com maiores tensões exige circuitos especiais.
Deve ser ligado um resistor em série para limitar a corrente e reduzir a tensão ao valor que o LED precisa. O valor desse resistor dependerá da corrente que desejamos para o LED e da tensão disponível. O cálculo pode ser feito de maneira simples utilizando-se a seguinte fórmula:
R = (V – Vd)/I
Onde:
R é a resistência que deve ser ligada em série com o LED (ohms)
V é a tensão contínua de alimentação
Vd é a queda de tensão no LED dada pela tabela abaixo:
A potência de dissipação do resistor será dada por:
P = R x I2
Onde:
P é a potência dissipada em watts
R é a resistência em série em ohms
I é a intensidade da corrente em ampères
Figura 5 – Circuito para ligar de 1 a 3 LEDs na rede de energia de 110 V ou 220 V
Conforme podemos ver pelas curvas características, a tensão de ruptura inversa de um LED é relativamente baixa, algo em torno de 5 V para os tipos comuns. Isso significa que devemos tomar cuidado para que mais de 5V no sentido inverso não apareça sobre um LED quando o alimentamos com corrente alternada. Isso pode ser evitado com o uso de um diodo em paralelo, conforme mostra a figura 5.
Como então ligar um LED em 110 V ou 220 V, ou seja, na tomada da rede de energia? Uma das aplicações é como foco de luz de baixo consumo permanente para dormitórios de crianças, evitando-se assim a escuridão total e indicando a posição do interruptor de luz. Na figura 5 damos o circuito que possibilita a ligação de 1, 2 até 3 LEDs na rede de 110 ou 220 V.
O resistor R1, que é de pelo menos 2 watts com 22 k ohms para a rede de 110 V e 47 k ohms para a rede de 220 V, reduz a tensão e a corrente aos níveis que o LED precisa. O diodo D1 retifica a corrente, pois os LEDs só trabalham com correntes contínuas e D2 protege os LEDs contra os pulsos inversos ou problemas com D1. Na figura 6 mostramos como a montagem pode ser feita numa pequena ponte de terminais.
Figura 6 – Montagem do circuito numa pequena ponte de terminais. Os anodos devem ficar do lado esquerdo.
Os diodos podem ser 1N4004, 1N4007, ou outros, conforme a rede de energia e os LEDs podem ser de qualquer cor ou tamanho. Durante o funcionamento o resistor R1 aquece levemente, o que deve ser considerado normal. Na rede de 110 V consumo de energia da unidade é da ordem de 1,2 watts e na rede de 220 V da ordem de 2,4 W o que representa de 1 a 2% do consumo de uma lâmpada comum.
Lista de Materiais
• D1, D2 – diodos 1N4004, se a rede for de 110 V, e 1N4007, se a rede for de 220 V
• LED1, LED2 – LEDs comuns de qualquer cor
• R1 – resistor 22 k ohms x 2 W (se a rede for de 110 V) ou 47 k ohms x 2 W (se a rede for de 220 V)
• Diversos – cabo de força, ponte de terminais, caixa para montagem (opcional), solda, etc.
Obs: mais LEDs podem ser ligados em série neste circuito, sem qualquer problema de funcionamento. Dependendo dos LEDs, a quantidade pode chegar a 20.
Figura 7 – Circuito de menor consumo onde a redução da tensão é feita pela reatância capacitiva de um capacitor.
Outro circuito interessante e de menor consumo é o que faz uso de capacitor de poliéster para reduzir a tensão da rede, aproveitando-se assim sua reatância capacitiva. Esse circuito é mostrado na figura 7, usando um capacitor de 1 uF para a rede de 110V e 470 nF para o caso da rede de 220V.
Figura 8 – Montagem do circuito com base numa pequena ponte de terminais. Observe que os catodos (lado chato) ficam para a direita.
A montagem também pode ser feita numa pequena ponte de terminais e embutida na parede, conforme mostra a figura 8. Podem ser alimentados de 1 a 5 LEDs de qualquer tipo ligados em série. Observe que os dois circuitos são alimentados diretamente pela rede de energia, não havendo qualquer isolamento. Assim, nenhuma de suas partes deve ficar exposta, pois existe o perigo de choques em caso de contacto acidental.
Lista de Materiais
• D1, D2 – 1N4004 (7) – diodos retificadores de silício
• led1 a LEDn – LEDs comuns qualquer cor
• c1 – 1 uF x 200 V (110 V) ou 470 nF x 400 V (220 V) capacitor de poliéster
Sugestão de Projetos
• Interruptores de luz sinalizados
• Interruptores de campainhas iluminados
• Indicação de portas de saída
• Decoração de objetos e vitrines
• Presépios e árvores de natal
• Maquetes, Cartazes, etc.
Confira abaixo algumas sugestões de montagens de LEDs em 110V/220V. Pequenas luminárias decorativas gambiológicas utilizando fontes AC, tomadas velhas e/ou estragadas.
