Guia Rápido Sobre o Uso de LEDs

O LED (light emiting diode) é um dos componentes mais usados em projetos eletrônicos. Neste post vamos ver os princípios básicos do seu uso.

Um Pouco de Teoria

A primeira coisa importante é que o LED é um diodo. Tipicamente¹ um diodo funciona como uma "mão única" de corrente. Se for colocada um tensão no sentido correto, uma corrente passa por ele. Se for colocada uma tensão no outro sentido, nenhuma corrente flui. A tensão sobre o LED não varia muito com a corrente que passa nele.

A luminosidade do LED aumenta conforme mais corrente passa por ele. Com a evolução da tecnologia de fabricação, os LEDs atuais geram um luminosidade muito maior, para uma mesma corrente, que os primeiros produzidos.

Os gráficos abaixo ilustram a relação entre tensão, corrente e luminosidade: o primeiro mostra a variação da corrente conforme a tensão aplicada e o segundo a luminosidade conforme a corrente.

Embora o aspecto dos gráficos sejam semelhantes para todos os LEDs, os valores variam conforme o modelo e mesmo de uma unidade para outra. Os datasheets dos LEDs às vezes trazem estes gráficos, o mais comum é apenas listar uma tensão para um certo valor de corrente.

Na falta do datasheet, a Wikipedia dá uma ideia dos valores de tensão típicos para cada cor de LED.

Acendendo um LED

Quase sempre² usamos um resistor em série com o LED para limitar a corrente que passa por ele:

Escolhemos uma corrente que nos dê a luminosidade desejada, verificamos qual será a tensão sobre o LED e calculamos o valor do resistor:

R = (V - V_LED) / I

Ao escolher a corrente / luminosidade, devemos considerar não somente a visibilidade (e conforto) mas também o consumo (principalmente nos circuitos alimentados por bateria).

Na falta de informações, um resistor de 1K na operação a 5V é uma opção segura, porém a luminosidade poderá ser baixa.

Conectando LEDs a um Microcontrolador

Existem diversas considerações a serem feitas quando vamos acionar um LED com um microcontrolador. O primeiro ponto é que existem duas opções para a ligação direta:

Na primeira opção, o LED acenderá quando o pino estiver em nível alto e o microcontrolador estará fornecendo a corrente. Na segunda, o LED acenderá quando o pino estiver em nível baixo e o microcontrolador estará absorvendo a corrente.

Existe um limite da corrente que um pino pode fornecer e um limite para a corrente que um pino pode absorver (estes limites podem ser iguais ou diferentes). Por exemplo, o datasheet do ATmega328 (usado no Arduino Uno) fala em uma corrente absoluta máxima (em qualquer sentido) de 40mA em um pino.

Além disso, existe um limite para a corrente global no microcontrolador (de 200mA no caso do ATmega328).

Se a corrente suportada pelo microcontrolador não for suficiente, podemos usar um transistor, O mais simples e tradicional é usar um transistor NPN entre o catodo (terminal negativo) do LED e terra:

Dado que a corrente é relativamente baixa, um transistor de uso geral pode ser usado (salvo se você quiser piscar o LED a uma frequência alta. Um modelo popular (talvez superdimensionado) é o 2N2222.

Em todas estas configurações o LED é aceso com uma corrente pré-determinada. Não é trivial gerar uma corrente cujo valor é controlado pelo microcomputador, para que a intensidade do LED possa ser variada. O que normalmente é feito é chavear rapidamente o LED entre aceso e apagado, se a frequência não for muito baixa o olho fará a média e enxergará uma intensidade correspondente à relação entre o tempo que o LED ficou ligado e apagado. Um sinal digital repetitivo, onde se altera a relação entre o tempo de sinal alto e baixo, é chamado de PWM (Pulse Width Moduladion - Modulação da Largura do Pulso).  Na biblioteca Arduino o PWM pode ser gerado pela função AnalogWrite.

Algumas Informações Adicionais

Os posta abaixo contém algumas informações adicionais sobre o uso de LEDs:

Controlando muitos LEDs
Spoke-o-dometer
Fita de LED RGB endereçável
Cubo de LEDs 4x4x4 Bicolor


Notas

1. Se a tensão reversa estiver acima de um limite, uma corrente pode passar no diodo. Os diodos zenner, em particular, são feitos para operar nestas condições.
2. Existe a tradicional brincadeira de ligar um LED direto a uma bateria de 3V do tipo moeda. Uma discussão aprofundada sobre isto pode ser lida aqui.