Guida ai principianti sull'utilizzo della tecnologia LED

Da smartphone e computer a televisori e fari per auto, la nostra vita quotidiana è illuminata da una tecnologia straordinaria: il Light Emitting Diode (LED). Questi minuscoli componenti combinano l'efficienza energetica con applicazioni versatili, rivoluzionando le soluzioni di illuminazione in tutti i settori.

I LED, o Light Emitting Diodes, sono dispositivi a semiconduttore che convertono l'energia elettrica direttamente in luce. Rispetto alle tradizionali lampadine a incandescenza, i LED offrono una maggiore efficienza energetica, una durata maggiore e una minore generazione di calore. Questi vantaggi li rendono ideali per applicazioni a basso consumo come retroilluminazione di dispositivi mobili e spie luminose. Le varianti LED ad alta potenza ora dominano l'illuminazione e le applicazioni automobilistiche.

Come diodi, i LED mostrano una polarità distinta: la corrente scorre solo in una direzione. Il terminale positivo (anodo) presenta tipicamente un reoforo più lungo, mentre il terminale negativo (catodo) ha un reoforo più corto. Le connessioni invertite impediscono l'illuminazione, ma non danneggiano il componente. L'identificazione della polarità corretta garantisce una funzionalità ottimale del circuito.

La luminosità dei LED è direttamente correlata al flusso di corrente. Sebbene l'aumento della corrente migliori la luminosità, aumenta anche il consumo di energia. Il controllo della corrente consente la regolazione della luminosità per varie applicazioni, dall'illuminazione ambientale alle funzioni di indicazione. Il collegamento diretto all'alimentazione senza limitazione di corrente comporta il rischio di guasto del componente a causa dell'eccessivo assorbimento di corrente.

Un resistore da 330 ohm (codificato a colori arancione-arancione-marrone) funge da efficace limitazione di corrente per la maggior parte dei LED nelle applicazioni standard. Per implementazioni semplificate, il collegamento diretto a batterie a bottone (come CR2032) fornisce un funzionamento sicuro grazie alle limitazioni di corrente intrinseche.

I datasheet dei LED contengono parametri operativi critici:

• Valori massimi assoluti: Definisce i limiti operativi, tra cui la corrente diretta continua (tipicamente 20 mA) e la corrente diretta di picco (comunemente 30 mA)
• Caratteristiche elettriche/ottiche: Dettagli sui requisiti di tensione diretta (cruciali per le configurazioni in serie), sulla lunghezza d'onda (che determina il colore della luce) e sull'intensità luminosa (misurata in millicandele)
• Angolo di visione: Specifica le caratteristiche di dispersione della luce, con angoli di mezza intensità tipici che vanno da schemi di dispersione stretti (20°) ad ampi
• Dimensioni meccaniche: Fornisce specifiche fisiche per l'installazione e l'integrazione

• LED RGB: Combinano diodi rossi, verdi e blu per un'uscita a spettro completo di colori
• LED intelligenti: Incorporano chip di controllo integrati (WS2812, APA102, ecc.) per effetti di luce programmabili
• LED con resistore: Sono dotati di resistori di limitazione della corrente integrati per un'implementazione semplificata
• LED SMD: Dispositivi a montaggio superficiale compatti, ideali per applicazioni con spazio limitato
• LED ad alta potenza: Richiedono la gestione termica per applicazioni di illuminazione intensa
• LED a infrarossi/ultravioletti: Svolgono funzioni specializzate nei telecomandi e nei sistemi di sterilizzazione

La funzionalità dei LED deriva dalla fisica dei semiconduttori. I materiali drogati formano giunzioni PN in cui la ricombinazione elettrone-lacuna rilascia energia sotto forma di fotoni. La composizione del semiconduttore determina la lunghezza d'onda emessa (colore). Le misurazioni dell'intensità luminosa tengono conto delle variazioni di sensibilità dell'occhio umano nello spettro dei colori.

L'implementazione efficace dei LED richiede un'attenta gestione della tensione e della corrente. Le configurazioni in serie devono tenere conto dei requisiti di tensione diretta cumulativi. I valori dei resistori di limitazione della corrente possono essere calcolati utilizzando la legge di Ohm: R = (Valimentazione - Vleds)/I, dove Valimentazione rappresenta la tensione della sorgente di alimentazione, Vleds la tensione diretta totale dei LED e I la corrente desiderata.