La palabra led proviene del acrónimo en ingles ( Ligth -emitting – diode): diodo emisor de luz.
Es un dispositivo pasivo optoelectrónico, conformado por materiales semiconductores. El led como invento es más viejo de lo que pensamos: el primero es del año 1907. Henry Round, experimentando con cristales de germanio descubre el fenómeno de emisión de luz roja por semiconductores. Sin embargo, no fue si no hasta el año 1962 que se desarrolla el primer led rojo comercial ,en los laboratorios de General Electric. A partir de ese momento, más concretamente en los primeros años de la década del 70 se crean los led verdes y amarillos, estos se usaban en principio para señalización. El gran problema era que no se sabía cómo hacer el led azul. Es en el año 1993 que Shuji Nakamura desarrolla el led azul (por este descubrimiento recibió el premio Nobel de fisica en el año 2014). A partir de él se crea el led blanco lo que lleva a la utilización tal cual la conocemos: Comienza la era de la iluminación a led.

El diodo está formado por dos capas de material: uno con exceso de electrones y el otro con defecto de ellos. Cuando se unen ambos materiales se forma la zona de unión que se denomina juntura.


Así, tenemos dos zonas: la zona N con exceso de electrones y la zona P con defecto de electrones. En la juntura se acumulan cargas y se crea lo que se llama barrera de potencial. Cuando ocurre esto, dejan de circular cargas por el cristal, ya no pasan electrones de la zona N a la P.
Cuando le damos energía desde el exterior adecuadamente,comienzan a circular electrones que pasan de la zona N a la P. Cada vez que ocurre esto, el electrón libera energía en forma de luz: libera un fotón. Es lo que se llama Polarización directa, de esta forma circula corriente y se emite luz.
En caso contrario se llama polarización inversa ,el diodo no conduce y por lo tanto no emite luz.
El lado P se llama Ánodo y el lado N Cátodo.
El símbolo del diodo Led es el siguiente.


En el siguiente circuito se observa un led conectado en polarización directa. Se observa el agregado de otro elemento: es una resistencia R,este elemento tiene por objetivo limitar la corriente por el diodo para que no se destruya por superarse el valor máximo de la corriente directa.

 

De acuerdo a los materiales semiconductores utilizados ,será el color de la luz emitida.

  • ARSENIURO DE GALIO: ROJO
  • ARSENIURO FOSFURO DE GALIO:  NARANJA Y AMARILLO
  • NITRURO DE GALIO: VERDE
  • SELENIURO DE CINC: AZUL

Una de las grandes ventajas de usar led es el conocimiento de la longitud de onda emitida en forma bastante exacta,eso permite con distintos tipos de led lograr un espectro mas adecuado para el tipo de acuario que se trate.

  • infrarojo:  > 760nm
  • rojo:  610-760nm
  • naranja:  590-610 nm
  • amarillo: 570-590 nm
  • verde  500-570nm
  • azul:  450-500nm
  • violeta:  400-450nm
  • ultravioleta:  < 400nm

Existen en distintos encapsulados:

LED 5mm alto brillo
LED tipo piraña
LED de 1-3w con disipador estrella
LED de potencia 10w
Tira de LED

 

LED RGB

Conexión de leds

Como ya vimos, los led tienen polaridad por lo que deben ser conectados de una única forma para que conduzcan y emitan luz. El ánodo debe ir al positivo y el cátodo al negativo. Si los conectamos a una fuente de alimentación se deberá colocar una resistencia para limitar la corriente al valor adecuado para cada tipo de led. La otra alternativa, que es la más utilizada para conectar led de potencia, es utilizar un driver. El funcionamiento de los drivers para LEDs de alta potencia es muy sencillo. Una vez alimentado, la corriente a la salida se mantendrá constante, y la tensión se irá regulando automáticamente de acuerdo a la cantidad de LEDs que se le conecten.

LED 5 mm

Los led de 5mm de alta luminosidad son los más pequeños que se utilizan

Para conectar 1 led, el circuito sería el siguiente:


El valor de la resistencia ,depende de las cantidad de led que se utilice, la tensión de alimentación y los diodos que se usen.
En la web van a encontrar unas cuantas calculadoras de resistencias para led. Por ejemplo: http://ledcalc.com/
La formula que se utiliza es.

R = (Vfuente – NxVled) /Iled

donde:
N: es la cantidad de led en serie
Vled :es la tensión directa del led
Iled:corriente directa led.

 

  • Ejemplo :
    3 leds con una fuente de 12v ,led blanco

If (corriente directa): 20 mA
Vf (tension directa): 3,2~4,0 VDC

la Vf usamos un valor intermedio 3,6v

R = (Vfuente – NxVled) /Iled= (12-3×3,6)/0,02= 60 ohm

valor comercial mas cercano: 68 ohm

La potencia que debe disipar es:

P= I². R = (0,02 amp) ². 68 ohm = 0,027W

o sea que una resistencia de ¼ w alcanza y sobra.
En conclusión para tres led en serie de 5 mm blancos conectados a 12 v elegir una resistencia de 68 ohm 1/4w.
Las resistencia tienen bandas de colores de acuerdo a los colores es el valor. Por ejemplo, esta resistencia de 68 ohm y tiene
azul-gris-negro = 6 8 x1

Luminosidad:

En el caso de estos led se da en mcd (milicandelas) para saber su equivalente en lumen se debe saber el ángulo de emisión (VIEWING ANGLE).
Existen tablas en la web que nos dan la equivalencia

http://www.rapidtables.com/calc/light/mcd-to-lumen-calculator.htm

A menor ángulo mayor será la penetración pero menor será la zona iluminada. Si el ángulo es mayor de 100-120° se puede reducir con lentes.
El ángulo a elegir depende también de la altura que se tenga.

LED DE POTENCIA.
Los led de potencia son los que tienen mas de 1w, nos dan mayor intensidad. Estos led necesitan 3.6 v; a lo sumo se pueden colocar tres en serie con 12v ,si se quiere poner más cantidad se debe colocar una fuente de alimentación de mayor valor, más voltios.
El calculo de la resistencia es igual al anterior.
Los led deben trabajar con la corriente justa en este caso los de 1w necesitan 350 ma,ese valor es el más critico. Si se sobrepasa ese valor se acorta mucho la vida útil de los led.Si la corriente es inferior no dan la mayor luminosidad posible. Por ello lo mejor es utilizar driver de corriente, con los driver no se necesita colocar resistencia, se pueden colocar un led al driver o más cantidad tomando como limite a la cantidad a conectar la que da el driver .Este ajusta la tensión de salida de acuerdo a la cantidad que se coloque de led,pero se asegura que la corriente que pasa por ellos es siempre constante .