LED

LED - Light-Emitting Diode - Diodo Emissor de Luz

Um LED (Light Emitting Diode) é um dispositivo semicondutor (diodo) composto por dois terminais, um anodo e um catodo, que tem a propriedade de emitir luz (fótons) quando percorrido por uma corrente elétrica. Ele é construído a partir da junção de dois materiais, um do tipo P e outro do tipo N, organizados de forma a permitir o fluxo de eletricidade em apenas uma direção.

A luz é produzida quando o LED está em polarização direta, o que acontece quando a tensão no anodo é mais positiva que no catodo por uma diferença mínima chamada tensão direta (forward voltage). O brilho resultante depende diretamente da potência elétrica aplicada e, como a tensão do LED permanece aproximadamente constante enquanto ele está ativo, o controle da intensidade luminosa é realizado através do ajuste da corrente.

No desenvolvimento de sistemas embarcados, é fundamental observar os seguintes conceitos técnicos:

Necessidade de Resistor: Quando um LED entra em condução, ele se torna um curto-circuito quase perfeito; por isso, é obrigatório utilizar um resistor em série para limitar a corrente e evitar que o componente seja danificado ou "queime".
Cálculo de Proteção: O valor do resistor limitador é obtido pela Lei de Ohm:

\(R = \frac{(V_s - V_f)}{I}\),

onde \(V_s\) é a tensão da fonte (como os 5V de um Arduino), \(V_f\) é a tensão direta do LED (cerca de 1,8V para um LED vermelho comum) e \(I\) é a corrente desejada (geralmente entre 10mA e 20mA).
Polaridade: O LED é um componente polarizado; o anodo (+) é normalmente o terminal mais longo e o catodo (-) possui um chanfro ou lado chato no corpo plástico do componente.
Aplicações: Em projetos com microcontroladores, os LEDs atuam como atuadores simples, servindo como indicadores visuais de estado do sistema, monitores de processamento (heartbeat) ou emissores de sinais infravermelhos em controles remotos.
Variedades: Existem ainda LEDs multicoloridos (RGB), que integram elementos de cores primárias em um único encapsulamento, permitindo a criação de diversas cores através do controle individual de cada elemento.

A integração de LEDs é tão comum que quase todo sistema embarcado possui ao menos um para testes iniciais, sendo o programa que o faz piscar (o famoso Blink) considerado o "Hello World" da eletrônica.

Através de um pino de microcontrolador, configurado como saída, pode-se realizar o acionamento do LED. Este pino pode estar fornecendo corrente como fonte (source) ao ramo ou drenando (sink) corrente dele.

Ligação do pino como fonte (Source)	Ligação do pino como dreno (Sink)

O pino do uC possui limitação de corrente, que pode variar a depender do modelo ou fabricante.

A corrente máxima por pino é de 40 mA, de acordo com o Datasheet (AVR ATmega328P, capítulo 28.1 Absolute maximum ratings, pág. 258), que é o microcontrolador do Arduino Uno. Este valor varia de acordo com o dispositivo controlador, sendo assim, sempre consulte o manual do fabricante do controlador que está sendo utilizado.

A vantagem de utilizar o pino como fonte é trabalhar com uma lógica direta, em que o estado lógico 1 (verdadeiro, +5V) produz o acionamento do LED, enquanto que na configuração do pino como dreno a lógica de acionamento é invertida, pois para produzir o acionamento do LED o pino deve estar em estado lógico 0 (falso, 0V).

Referências

LIMA, Charles Borges de; VILLAÇA, Marco V. M. AVR e Arduino: técnicas de projeto. 2. ed. Florianópolis: Edição dos Autores, 2012..
VALVANO, Jonathan W. Embedded Systems: Introduction to ARM® Cortex™-M Microcontrollers. 5. ed. [S.l.]: Jonathan Valvano, 2014. v. 1..
SAP-1 (Simple-As-Possible Computer 1).