Il diodo a emissione di luce è anche detto LED, acronimo delle parole inglesi Light Emitting Diode, ed è un dispositivo elettronico che sfrutta la proprietà di alcuni materiali di emettere luce se attraversati da corrente elettrica.
Un diodo LED ha la caratteristica corrente-tensione (I-V) tipica di tutti i diodi, fatta come in figura, che fa capire come i valori di tensione e corrente, utili per il suo funzionamento, sono in precisi intervalli al di fuori dei quali il diodo o non conduce o rischia di rompersi. La curva caratteristica è un po’ differente a seconda della luce emessa dal diodo e dal tipo di prodotto.
Per far accendere un diodo LED è necessario polarizzarlo direttamente. La tensione applicata alla giunzione dei LED per avere emissione luminosa (tensione di soglia Vf), dipende dalla “banda proibita” del materiale che a sua volta determina il colore della luce emessa, come riportato nella seguente tabella:
| Tipo LED | tensione di giunzione Vf (volt) |
|---|---|
| Colore infrarosso | 1,3 |
| Colore rosso | 1,8 |
| Colore giallo | 1,9 |
| Colore verde | 2,0 |
| Colore arancione | 2,0 |
| Flash blu/bianco | 3,0 |
| Colore Blu | 3,5 |
| Colore Ultravioletto | 4 – 4,5 |
di seguito riportiamo una tabella più completa, con indicati anche i materiali semiconduttori utilizzati nel LED.
| Colore | Lunghezza d’onda [nm] | Tensione di soglia [ΔV] | Materiale semiconduttore |
|---|---|---|---|
| Infrarosso | λ > 760 | ΔV < 1.9 | Arseniuro di gallio (GaAs) Arseniuro di gallio e allumninio (AlGaAs) |
| Rosso | 610 < λ < 760 | 1.63 < ΔV < 2.03 | Arseniuro di gallio e allumninio (AlGaAs) Fosfuro arseniuro di gallio (GaAsP) Fosfuro di alluminio gallio indio (AlGaInP) Fosfuro di gallio (GaP) |
| Arancione | 590 < λ < 610 | 2.03 < ΔV < 2.10 | Fosfuro arseniuro di gallio (GaAsP) Fosfuro di alluminio gallio indio (AlGaInP) Fosfuro di gallio (GaP) |
| Giallo | 570 < λ < 590 | 2.10 < ΔV < 2.18 | Fosfuro arseniuro di gallio (GaAsP) Fosfuro di alluminio gallio indio (AlGaInP) Fosfuro di gallio (GaP) |
| Verde | 500 < λ < 570 | 1.9 < ΔV < 4.0 | Nitruro di gallio e indio (InGaN) / Nitruro di gallio (GaN) Fosfuro di gallio (GaP) Fosfuro di alluminio gallio indio (AlGaInP) Fosfuro di gallio e alluminio (AlGaP) |
| Blu | 450 < λ < 500 | 2.48 < ΔV < 3.7 | Seleniuro di zinco (ZnSe) Nitruro di gallio e indio (InGaN) Carburo di silicio (SiC) |
| Viola | 400 < λ < 450 | 2.76 < ΔV < 4.0 | Nitruro di gallio e indio (InGaN) |
| Ultravioletto | λ < 400 | 3.1 < ΔV < 4.4 | Diamante (235 nm) Nitruro di Boro (BN) (215 nm) Nitruro di alluminio (AlN) (210 nm) Nitruro di gallio e alluminio (AlGaN) Nitruro di gallio indio e alluminio (AlGaInN) – (fino 210 nm) |
| Bianco | Ampio spettro | ΔV = 3.5 | LED blu con fosfori gialli |
Come si vede dalla tabella i valori di Vf sono leggermente variabili anche a parità di colore emesso. La corrente tipica che scorre in un diodo LED oscilla così tra i 15 e i 20 mA. Di seguito riportiamo i valori di tensione che utilizziamo per semplicità.
- colore bianco: 3,0 V
- colore blu: 3,0 V
- colore arancio: 2,0 V
- colore verde: 2,0 V
- colore giallo: 1,9 V
- colore rosso: 1,8 V
Se consideriamo che sui pin di Arduino ci sono 5Volt, bisogna mettere una resistenza in serie al LED in modo da avere una Vf adatta sul LED. Per calcolare la resistenza R serie bisogna utilizzare la seconda legge di Ohm (legge di Ohm alle maglie): Tensione del generatore = tensione sul LED + tensione sul resistore –> V = Vresistenza + Vled , cioè Vresistenza = V – Vled e considerando che avrei Vresistenza=R*I si ricava che R = (V – Vled) / I. Pertanto a seconda del colore del led si ha:
- R (bianco) = (5 – 3)/ 0.02 = 2 * 50 = 100 Ohm
- R (verde) = (5 – 2)/ 0.02 = 3*50 = 150 Ohm
- R (rosso) = (5 – 1.8)/ 0.02 = 3.2 * 50 = 160 Ohm
Nella tabella sotto facciamo un riepilogo.
