Cuando aplicamos un voltaje a través de un LED, produce luz. Todo esto proviene de un pequeño trozo de material semiconductor dentro del LED, que emite energía en forma de fotones. Curiosamente, si iluminamos el LED con una luz, estamos devolviendo fotones a él, invirtiendo el proceso y produciendo un pequeño voltaje. Los LEDs vienen en diferentes formas, colores y tamaños para diversas aplicaciones. LED significa Diodo Emisor de Luz.

Símbolo LED y conceptos básicos

En los planos de ingeniería, usamos un símbolo específico para los LEDs. Fíjate que se parece mucho a un símbolo de diodo pero incluye flechas que indican que se está emitiendo luz. Tanto los LED como los diodos funcionan bajo el mismo principio: un material semiconductor está intercalado entre los conectores eléctricos. Aunque ambos emiten fotones, solo los LEDs emiten fotones en el rango visible para los humanos, específicamente longitudes de onda de alrededor de 400 a 700 nanómetros. Dependiendo de la longitud de onda, percibimos diferentes colores.

Por ejemplo:

• Las señales de radio FM son ondas de fotones de alrededor de 3 metros.
• Las señales Wi-Fi son menores, alrededor de seis centímetros.
• Las radiografías médicas son diminutas, alrededor de 0,01 nanómetros.

Todo esto está fuera de nuestro espectro visible. Puede que hayas notado un LED en el mando de tu televisor emitiendo luz infrarroja, típicamente de unos 940 nanómetros—imperceptible para los humanos pero visible en la cámara de un móvil.

Cómo se diferencian los LEDs de los diodos estándar

Dentro del LED, los electrones se combinan con huecos, liberando fotones en el proceso. Los diodos estándar utilizan diferentes materiales en sus capas semiconductoras, produciendo fotones en el rango del infrarrojo cercano. Estos fotones son absorbidos por la carcasa y convertidos en calor, haciendo que los diodos se calienten. En cambio, los LED producen muy poco calor, lo que los hace mucho más eficientes energéticamente en comparación con las luces incandescentes tradicionales, que generan un calor significativo calentando un filamento para producir luz visible.

La mayoría de los LEDs que reconocerás son de cinco milímetros con orificio atravesante, que suelen tener un lado con un borde plano. Este borde plano indica el lado del cátodo, facilitando la identificación de la polaridad correcta. Los LEDs de orificio atravesante son perfectos para aprender electrónica, disponibles a gran escala y adecuados para insertar en placas de prueba o soldar en placas de circuito impreso. También existen versiones más pequeñas de 3 milímetros y versiones más grandes de 10 milímetros, normalmente en forma de cúpula, así como variantes de forma cuadrada.

Dispositivos de montaje superficial (SMD) y LEDs de alta potencia

Los LEDs SMD, o dispositivos de montaje superficial, se sueldan directamente a placas de circuito para diseños compactos. Estas versiones son mucho más pequeñas, a veces requieren un microscopio para soldar. Los LEDs SMD se utilizan comúnmente en bombillas. Por ejemplo, un LED azul con una capa de fósforo amarillo combina luz amarilla y azul para crear luz blanca. Los LEDs de alta potencia, que son esencialmente muchos LEDs agrupados muy apretados, se utilizan a menudo para antorchas y focos debido a su brillo y visibilidad desde grandes distancias.

Polaridad y protección del LED

Los LEDs solo se iluminan cuando el cable del ánodo está conectado al positivo y el cátodo al negativo. El terminal más largo del LED suele ser el ánodo, lo que facilita la identificación de la polaridad. Si los cables están recortados, el borde plano en la carcasa del LED indica el lado del cátodo. Además, los LED tienen dos placas metálicas en su interior: la placa más grande es el cátodo. Algunos LEDs tienen un pequeño punto para indicar la polaridad, pero es fundamental consultar la hoja técnica del fabricante o probarlo tú mismo.

Conectar un LED directamente a una fuente de mayor voltaje, como una batería de nueve voltios, puede destruirlo. Para evitar esto, se utiliza una resistencia para reducir la corriente de electrones, protegiendo el LED al eliminar el exceso de energía eléctrica en forma de calor. Por ejemplo, con una batería de 9 voltios, una resistencia podría eliminar unos 7 voltios, permitiendo que el LED funcione de forma segura a los 2 voltios restantes. La resistencia establece la corriente para el circuito, que puede variarse para controlar el brillo del LED.

Drivers y circuitos LED

Los drivers LED se utilizan en bombillas y unidades dedicadas que alimentan la iluminación de tiras para proporcionar el voltaje y corriente correctos. Por ejemplo, una lámpara que funciona con 230 voltios utiliza un rectificador para cambiar la corriente alterna a corriente continua, un condensador para suavizarla y un chip para proporcionar corriente constante a los LEDs, evitando el parpadeo.

Las tiras de luz USB son circuitos simples donde el puerto USB proporciona un raíl de 5 voltios y un raíl de tierra, con una resistencia y un LED conectados en paralelo. Este diseño permite flexibilidad en la longitud, ya que cortar la tira afecta a la corriente en función del número de LEDs.

Dentro del LED

Dentro de la carcasa LED, tanto el ánodo como los cables del cátodo tienen placas metálicas separadas por una pequeña abertura. La placa más grande indica el lado del cátodo. El semiconductor del LED consiste en una capa tipo n con electrones libres y una capa tipo p con huecos. Cuando están alimentados, los electrones fluyen desde la capa tipo n hacia la tipo p, liberando fotones en la unión PN. La longitud de onda de estos fotones determina el color de la luz, que depende del material semiconductor utilizado.

Materiales semiconductores y color de luz

Diferentes materiales semiconductores producen distintas longitudes de onda de luz. Por ejemplo:

• Los diodos de silicio emiten luz infrarroja cercana, que los humanos no pueden ver.
• El arsénico de galio combinado con fosfuro de galio permite una gama de colores ajustando la banda prohibida del material semiconductor.

Al mezclar diferentes materiales, los científicos pueden lograr cualquier color entre rojo y verde, permitiendo la producción de varios colores y luz blanca combinando LEDs rojos, verdes y azules.

Conclusión

Los LED son fuentes de luz versátiles y eficientes energéticamente utilizadas en una amplia variedad de aplicaciones, desde indicadores sencillos hasta sistemas de iluminación complejos. Comprender cómo funcionan los LEDs implica conocimientos de física de semiconductores, diseño de circuitos y ciencia de materiales, todos contribuyendo a las soluciones de iluminación vibrantes y eficientes de las que dependemos hoy en día.

Preguntas frecuentes (FAQs)

1. ¿Qué significa LED?

LED significa Diodo Emisor de Luz. Es un dispositivo semiconductor que emite luz cuando pasa una corriente eléctrica a través de él.

2. ¿Por qué los LEDs producen colores diferentes?

El color de la luz producida por un LED depende de la longitud de onda de los fotones emitidos, que está determinada por el material semiconductor utilizado en la construcción del LED. Diferentes materiales tienen distintas bandas prohibidas, lo que da lugar a diferentes longitudes de onda y colores de luz.

3. ¿Cómo puedo proteger un LED de ser destruido por un alto voltaje?

Para proteger un LED de altos voltajes, utiliza una resistencia en el circuito para limitar la corriente que pasa por el LED. La resistencia reduce el voltaje a un nivel seguro, evitando una corriente excesiva que pueda dañar el LED.