Acionamento de 20 Leds com 12V

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Como citar esse artigo: VERTULO, Rodrigo Cesar. Acionamento de 20 Leds com 12V. Disponível em: <http://labdeeletronica.com.br/tutorial/acionamento-de-20-leds-com-12v/>. Acessado em: 06/10/2024.

Algumas vezes é preciso acionar uma quantidade grande de Leds para alguma aplicação específica, como por exemplo na construção de painéis de comunicação, mas esbarrasse em algumas dificuldades técnicas importantes. Talvez a principal delas seja o consumo do circuito. Para que um Led acenda com boa luminosidade é preciso que uma quantidade mínima de corrente circule por ele e quando lida-se com vários desses componentes ao mesmo tempo as coisas começam a ficar um pouco complicadas. Para entender melhor, suponha que o objetivo seja acionar 20 Leds garantindo uma corrente mínima de 20mA para cada um.

Para essa especificação pode-se pensar em construir o circuito de duas formas, ligando os Leds em série ou em paralelo. Se a escolha fosse pela conexão em série dos 20 Leds não haveria maiores problemas com o consumo do circuito, pois bastaria dimensionar o resistor de limitação de corrente para um valor que, de acordo com a tensão de alimentação, limitasse a corrente do circuito em 20mA. Contudo, nessa configuração surge um problema algumas vezes importante, que é a tensão de alimentação do circuito. Para que um Led típico funcione é preciso que ele seja alimentado com aproximadamente 2,5V. Quando vários Leds são conectados em série é preciso que a fonte de alimentação seja capaz de fornecer essa quantidade de tensão para cada um deles cumulativamente. No caso do exemplo apresentado aqui, cujo objetivo é acionar 20 Leds, a fonte deveria ser no mínimo de 50V, ou seja 20 Leds x 2,5V para cada um. Além de uma fonte de alimentação com esse valor não ser um padrão de mercado, sendo difícil encontrar uma disponível, todo o restante do circuito precisaria ser dimensionado para suportar esse nível de tensão. Algumas vezes isso poderia tornar o circuito mais caro e complexo. Na imagem a seguir é mostrado o circuito com a conexão em série. No exemplo abaixo foi utilizada uma fonte de alimentação de 55V, um pouco acima do valor exato de 50V, para que fosse possível a inclusão de um resistor de limitação de corrente. Se a fonte fosse exatamente de 50V e considerando Leds de 2,5V a inserção de um resistor limitador de corrente impediria a obtenção dos 20mA de corrente desejados.

Percebe-se que não trata-se de uma configuração muito boa, principalmente se a quantidade de Leds for ainda maior. 

A outra possibilidade tradicional consiste em ligar os Leds em paralelo, com grupos, por exemplo, de 4 Leds como na imagem a seguir.

Na ligação em paralelo torna-se possível a utilização de uma fonte de alimentação de menor valor padrão de mercado. Nesse caso, foi utilizada uma fonte de 12V. O maior problema nessa configuração é que agora é preciso que a fonte seja de maior potência. Como cada ramo de 4 Leds do circuito precisa de 20mA de corrente, a soma dos 5 ramos resulta em 100mA de consumo e essa corrente deve ser fornecida pela fonte de alimentação. Nesse exemplo do artigo isso não seria um grande problema, pois fontes que fornecem essa potência são simples de se encontrar e são baratas. Entretanto, é preciso ter em mente que na “vida real” os Leds potencialmente farão parte um circuito com outros componentes e que a corrente total demandada será maior. Além disso, se extrapolar-se o exemplo para uma quantidade maior de Leds, por exemplo 200 Leds (quantidade até pequena para painéis de comunicação), a potência consumida pode atingir valores proibitivos.

Para resolver os problemas descritos, nesse artigo é proposta uma abordagem que faz uso de um fenômeno conhecido como “Persistence of Vision” (POV), ou em português “Persistência da Visão”. A retina dos olhos de uma pessoa, ao captar uma imagem, a mantém por uma fração de segundo logo após sua captura. Se uma sequência de imagens for apresentada em uma velocidade alta, mesmo sendo imagens distintas, o cérebro as interpretará como sendo parte de um fluxo contínuo. Esse fenômeno é utilizado para a criação das animações dos desenhos animados. Para nós o filme se apresenta como sendo um fluxo contínuo de imagens, quando na verdade, trata-se de um conjunto individual de imagens apresentadas em uma velocidade apropriada causando a ilusão do movimento.

No caso do circuito de Leds, a estratégia é adaptar o circuito paralelo da Figura 2 para que cada ramo seja acionado individualmente, mas em uma alta velocidade, de modo a dar a impressão de que todos os ramos estão acionados ao mesmo tempo usando o fenômeno POV. Fazendo assim, não importa quantos ramos o circuito possua, o consumo será sempre de 20mA já que individualmente cada um consome essa quantidade de corrente.

Na Figura 3 encontra-se o circuito completo utilizando a abordagem descrita. Evidentemente trata-se de um circuito mais complexo, porém, sua análise em blocos mostrará que o funcionamento é muito simples.

A primeira coisa a ser notada é que, como a imagem foi capturada com o simulador em funcionamento, os Leds estavam piscando em alta velocidade. Contudo, ao capturar uma imagem estática para apresentar nesse artigo, apenas um quadro foi obtido e por esse motivo é possível verificar que nem todos os Leds estão acionados ao mesmo tempo. Isso não é para se estranhar, já que o princípio de funcionamento do circuito pressupõe que os grupos de Leds são acionados de forma individual. Na “vida real”, a velocidade de acionamento dos grupos de Leds dá a impressão de que todos estão ligados ao mesmo tempo.

Note também que o circuito em funcionamento consome apenas 20mA, como é registrado pelo amperímetro do simulador no lado esquerdo do circuito. Se todos os Leds efetivamente fossem acionados ao mesmo tempo o consumo seria de 100mA.

Para compreender o funcionamento do circuito a análise será iniciada da direita para a esquerda. No lado direito encontra-se um bloco formado por um circuito integrado 555 configurado no modo astável, ou seja, ele é um gerador de pulsos. Seus componentes foram dimensionados para que seja gerado um trem de pulsos com aproximadamente 100Hz de frequência. A saída do CI 555 é ligada ao circuito integrado 74HC4017, que é um contador digital. Cada pulso aplicado ao 74HC4017 a partir do trem de pulsos gerado pelo CI 555 faz com que uma das saídas do contador seja acionada. Cada uma dessas saídas (Q1, Q2, Q3, Q4 e Q5) é acionada sequencialmente para cada pulso apresentado ao 74HC4017. Quando o pulso gera uma saída em nível alto em Q5 do contador digital, a sequência reinicia em Q0.

Cada saída do 74HC4017 aciona um transistor BC548 agindo como uma chave digital. Quando a base de cada transistor é ativada habilita-se um dos ramos contendo um grupo de Leds. Para cada pulso do CI 555, uma saída diferente do 74HC4017 é acionada, fazendo com que cada um dos ramos contendo os Leds seja acionado individualmente.

Toda essa dinâmica apresentada faz com que o circuito faça uso do fenômeno POV dando a impressão de que todos os 20 Leds estão acionados ao mesmo tempo e impondo um menor consumo de corrente do circuito.

Espero que você tenha gostado do artigo. Até a próxima!