Esempi di dumande chì discutenu i diodi emettitori di luce (LED)
Un diodu emettitore di luce (LED) hè un dispositivu semiconduttore chì emette luce quandu una corrente elettrica u attraversa. U fenomenu daretu à i LED hè cunnisciutu cum'è elettroluminescenza, induve un materiale semiconduttore emette luce quandu hè eccitatu da una corrente elettrica. I LED sò diventati assai populari in una varietà di applicazioni per via di a so alta efficienza è di a so longa durata di vita paragunata à e fonti luminose tradiziunali cum'è e lampadine à incandescenza.
In questu articulu, discuteremu alcuni esempi di prublemi ligati à i LED è spiegheremu e so suluzioni è discussioni in dettagliu per aiutà à capisce u cuncettu daretu à stu fenomenu.
Esempiu di dumanda 1: Proprietà basiche di i LED
Quistione: Un LED hà u putenziale di emette luce cù una lunghezza d'onda di 650 nm (nanometri). Calcula l'energia di i fotoni emessi da questu LED in elettron-volt (eV).
Discussione:
L'energia di i fotoni pò esse calculata cù l'equazione di Planck:
\[ E = \frac{hc}{\lambda} \]
Induve:
– \(E \) hè l'energia di u fotone,
– \(h \) hè a custante di Planck (\(6.626 \times 10^{-34} \text{ Js}\)),
– \(c\) hè a velocità di a luce (\(3 \times 10^8 \text{ m/s}\)),
– \( \lambda \) hè a lunghezza d'onda di a luce (650 nm o \(650 \times 10^{-9} \text{ m}\)).
Sustituendu sti valori in l'equazioni si ottiene:
\[
E = \frac{6.626 \times 10^{-34} \times 3 \times 10^8}{650 \times 10^{-9}}
= \frac{1.9878 \times 10^{-25}}{650 \times 10^{-9}}
= 3.05 × 10^{-19} \text{ J}
\]
Dopu, cunvertemu i Joule in elettroni-volt aduprendu a cunversione \(1 \text{ eV} = 1.602 \times 10^{-19} \text{ J}\):
\[
E = \frac{3.05 \times 10^{-19}}{1.602 \times 10^{-19}}
≈ 1.90 \text{ eV}
\]
Cusì, l'energia di i fotoni emessa da un LED cù una lunghezza d'onda di 650 nm hè circa 1.90 eV.
Esempiu 2: Tensione diretta di u LED
Quistione: Un LED rossu hà una tensione diretta di 2V è richiede una corrente di 20 mA per funziunà currettamente. Calcula a putenza cunsumata da u LED.
Discussione:
Per calculà a putenza assorbita da u LED, usemu l'equazione basica per a putenza, vale à dì:
P = V × I
Induve:
– \(P\) hè a putenza in Watts (W),
– \(V \) hè a tensione in Volt (V),
– \(I \) hè a corrente in Ampere (A).
Sustituite sti valori in l'equazione:
\[
P = 2 V × 20 mA
= 2 \text{ V} \times 0.02 \text{ A}
= 0.04 \text{ W}
\]
Cusì, a putenza assorbita da un LED rossu chì funziona à una tensione diretta di 2V è una corrente di 20 mA hè 0.04 Watt.
Esempiu 3: Efficienza LED
Quistione: Un LED blu hà una efficienza quantica di 30%. Sè u LED usa 0.1 W di putenza elettrica, quanta putenza hè emessa cum'è luce?
Discussione:
L'efficienza quantica (η) hè u rapportu trà a putenza liberata in forma di luce (P_luminosa) è a putenza elettrica in entrata (P_input):
\[ η = \frac{P_{\text{luminosu}}}{P_{\text{input}}} \]
Per truvà \(P_{\text{luminous}} \), aduprate a seguente equazione cù un valore di efficienza di 30% o 0.30:
\[
0.30 = \frac{P_{\text{luminosu}}}{0.1 \text{ W}}
\]
Cusì:
\[
P_{\text{luminosu}} = 0.30 \times 0.1 \text{ W}
= 0.03 \text{ W}
\]
Cusì, a putenza liberata da u LED in forma di luce hè 0.03 Watt.
Esempiu di prublema 4: Circuitu LED in serie
Quistione: Avete trè LED cù una tensione diretta di 2V ognunu chì devenu esse cunnessi in serie. Sè a fonte di tensione hè 9V, determinate u valore di a resistenza necessaria per limità a corrente à 20 mA.
Discussione:
Quandu i LED sò cunnessi in serie, a tensione tutale necessaria hè a somma di e tensioni dirette di ogni LED:
\[
V_{totale} = V_f1 + V_f2 + V_f3
= 2V + 2V + 2V
= 6 V
\]
A tensione residuale chì deve esse dissipata da a resistenza hè:
\[
V_{R} = V_{surgente} – V_{tutale}
= 9V – 6V
= 3 V
\]
Cù una corrente desiderata di 20 mA, u valore di a resistenza hè calculatu aduprendu a lege d'Ohm:
\[
R = \frac{V_{R}}{I}
= \frac{3V}{20 \text{ mA}}
= \frac{3V}{0.02A}
= 150 Ω
\]
Cusì, u valore di resistenza necessariu hè 150 ohm.
Esempiu 5: Circuitu di limitazione di corrente LED parallelu
Quistione: In un circuitu, ci sò dui LED disposti in parallelu, ognunu cù una tensione diretta di 2V è una corrente di 20 mA. Chì ghjè a corrente tutale necessaria da una fonte di tensione di 5V s'è una resistenza hè aduprata per ogni LED?
Discussione:
Per i LED disposti in parallelu, ogni LED sperimenterà a listessa tensione, vale à dì a so rispettiva tensione diretta, è postu chì necessitanu 20 mA di corrente per LED, a corrente tutale hè:
\[
I_{tutale} = I_1 + I_2
= 20 \text{ mA} + 20 \text{ mA}
= 40 mA
\]
Per calculà u valore di a resistenza per ogni LED:
\[
V_{R} = V_{surgente} – V_f
= 5V – 2V
= 3 V
\]
U valore di a resistenza per limità a corrente in ogni LED hè:
\[
R = \frac{V_{R}}{I}
= \frac{3V}{20 \text{ mA}}
= \frac{3V}{0.02A}
= 150 Ω
\]
Cusì, ogni LED richiede una resistenza di 150 ohm. A corrente tutale necessaria da un alimentatore di 5V hè 40 mA.
Cunclusioni
I LED sò cumpunenti cruciali in l'elettronica muderna per via di a so capacità di furnisce un'illuminazione assai efficiente cù una longa durata di vita. Capisce i cuncetti basi cum'è a tensione diretta, a corrente, a putenza, l'efficienza quantica, è cumu cunfigurà li in un circuitu furnirà una basa solida per l'applicazioni pratiche. L'esempii sopra sò un primu passu versu a maestria di e diverse applicazioni è calculi ligati à l'usu di i LED in i circuiti elettronichi.
