De LED

Gepost door Jeroen Vreuls op zaterdag 7 januari 2006 18:30

Eigenschappen van LED's

De naam

De LED is een diode die door toevoeging van stroom licht kan uitzenden, de naam LED bevat ook deze gegevens: Light Emitting Diode.

Opbouw van de LED

Opbouw van een LEDOpbouw van een LED

Men kan hier de opbouw bekijken van de LED, er is een klein gouden draadje verbonden met het PN materiaal en de anode (ik zou de LED niet slopen voor het goud, het is nog geen eurocent waard). Verder ziet men de metalen dragers die verbonden zijn met de anode en de kathode, een montagerand, deze is voor het monteren van je LED. Tenslotte aansluitdraden om je LED te verbinden met andere componenten.

Kleuren en materialen

Niet elke LED bevat hetzelfde materiaal, zo is het mogelijk om verschillende kleuren te verkrijgen. Ook zal het materiaal de spanningsval over de LED bepalen. In onderstaande tabel kan men het materiaal, de golflengte, de kleur en de spanningsval bekijken:

Kleur Materiaal Golflengte (nm) Spanningsval (V)
Infrarood Gallium-aluminiumarsenide (AlGaAs) 780 - 950 1,3
Rood Galliumarseenfosfide (GaAsP) 630 - 780 1,8
Groen Galliumnitride (GaN) of galliumfosfide (GaP) 490 - 560 2
Blauw Zinkselenide (ZnSe) 450 - 490 2,8 - 3,2
Ultraviolet Indiumgalliumnitride (InGaN) of diamant (C) 280 - 380 3 - 3,5

Karakteristiek van LED’s

Karakteristiek van LED'sKarakteristiek van LED's

Hier ziet men een grafiek van een aantal kleuren LED’s. Op de X-as kan men de drempelspanning aflezen, dit is de spanning waarbij de LED zal branden. Voor de blauwe LED is dat dan een spanning van ongeveer 2,5 Volt.
Op de Y-as ziet men de stroom, zo kan men de spanning bij een bepaalde stroomsterkte aflezen.
Voor de rode LED leest men af bij een stroom van 20 mA en spanning van ongeveer 2,3 V. Dit is de spanningsval over de LED bij deze stroom.

Soorten LED's

Men heeft LED's in alle soorten en maten. Zo kan men LED's als volgt opdelen:

  • Grootte: 3 mm, 5 mm en 10 mm zijn standaard maten.
  • Kleur: groen, blauw en UV zijn enkele van de vele kleuren.
  • Vorm: rond, driehoekig en vierkant zijn enkele vormen.
  • Functie: gewoon en knipperend.
  • Soorten: gewone LED, Luxeon en 7-segment display.
  • Behuizing: helder of diffuus.

Een Luxeon LEDEen Luxeon LED

Een 7-segments LED displayEen 7-segments LED display

Bepalen van anode en kathode

Wanneer men een LED op een print vindt en vervolgens uitsoldeerd zal men waarschijnlijk problemen krijgen met het bepalen van de anode en de kathode.

Hier zijn alvast enkele regels voor het bepalen van de aansluitingen:

  • De aansluitdraad van de kathode is meestal korter.
  • Bij een ronde LED is de rand vaak afgeplat aan de kathodekant.
  • Bij een heldere LED zal je de kathode herkennen aan haar groter volume.
  • De kathodedraad is soms breder.
  • Meten met een multimeter op diode stand is ook nog altijd een optie.

Het schakelen van LED's

Eén LED op gelijkspanning

Men kan LED's op verschillende manieren en op verschillende spanningen schakelen, zo zal ik beginnen met de meest eenvoudige:

LED schakeling met 1 LEDLED schakeling met 1 LED

Men sluit de LED via een weerstand op een gelijkspanning van 5 Volt.
Nu moet men de voorschakelweerstand berekenen, dit kan met de volgende formule:

R = (Uv - Uf) / If
Met hierbij:
R de voorschakelweerstand [Ω]
Uv de voedingsspanning [V]
Uf de voorwaartse spanningsval van de LED [V]
If de voorwaartse stroom door de LED [A]

Nu even een voorbeeld:
Men sluit een rode LED met een spanningsval van 1,7 Volt aan op een weerstand, deze worden vervolgens gevoed met een gelijkspanningsbron van 5 Volt.
De LED heeft een doorlaatstroom van 20 mA.

R = (Uv - Uf) / If
= (5 V - 1,7 V) / 0,02 A
= 3,3 V / 0,02 A
= 165 Ω

Meerdere LED's schakelen op gelijkspanning

Wanneer je een stroom van 20 mA beschikbaar hebt en je LED heeft ook 20 mA nodig kan je het beste kiezen voor een serieschakeling omdat de stroom in de hele keten hetzelfde is.

Een voorbeeld:
Men sluit drie rode LED's met een spanningsval van 1,7 Volt aan op een weerstand, deze worden vervolgens gevoed met een gelijkspanningsbron van 12 Volt.
De LED heeft een doorlaatstroom van 20 mA, die de bron kan leveren.

LED schakeling met 3 LED'sLED schakeling met 3 LED's

Men past voorgaande formule toe maar neemt nu 3 maal Uf omdat men 3 LED’s heeft in deze keten.

R = (U – (3 * Uf)) / If
= (12 V – (3 * 1,7 V)) / 0,02 A
= (12 V – 5,1 V) / 0,02 A
= 6,9 V / 0,02 A
= 345 Ω

Eén of twee LED’s op wisselspanning

Wanneer men een LED op wisselspanning wil schakelen zal men een diode of LED anti-parallel moeten schakelen.

Onderstaande schakeling toont het schema voor het aansluiten van twee LED's op een dynamo van je fiets: LED schakeling op wisselspanningLED schakeling op wisselspanning

De werking is vrij eenvoudig:

We nemen aan dat de spanningval van de leds 1,7V is.
In de positieve alternantie zal de LED D2 geleiden en D1 sperren zodat er nooit meer dan 1,7 Volt over diode D1 zal staan en enkel D2 zal branden.
In de negatieve alternantie zal de LED D1 geleiden en D2 sperren zodat er nooit meer dan 1,7 Volt over diode D2 zal staan en enkel D1 zal branden.
Dit gebeurt zo snel dat de wisseling tussen de twee LED's niet zichtbaar is, het lijkt of de twee constant branden.

De waarde en het vermogen van de weerstand

Wanneer je de keten maakt zal je eerst moeten weten welk vermogen je weerstand aan zou moeten kunnen.

De berekening gebeurt als volgt:
Eerst bereken je de spanningsval van de weerstand door de spanningsval van de LED van de totale spanning af te trekken.
Nu deze spanning vermenigvuldig je met de stroom door de LED en het vermogen staat voor je klaar.

Nu een voorbeeld.
Men sluit een rode LED met een spanningsval van 1,7 Volt aan op een weerstand, deze worden vervolgens gevoed met een gelijkspanningsbron van 5 Volt.
De LED heeft een doorlaatstroom van 20 mA.

LED schakeling met 1 LEDLED schakeling met 1 LED

R = (Uv – Uf) / If
= (5 V – 1,7 V) / 0,02 A
= 3,3 V / 0,02 A
= 165 Ω

Ur = U – Uf
= 5 V – 1,7 V
= 3,3 V

P = Ur * If
= 3,3 V . 0,02 A
= 0,066 W
= 66 mW

Het kiezen van de weerstand

Na deze berekeningen kan men over gaan tot het kiezen van de weerstand. Hierbij dient men rekening te houden met het vermogen en de berekende weerstand.
Zo zijn er reeksen van standaard weerstanden, zoals de E12 reeks.

Deeltje van de E12 reeks:

1,0 Ω 27 Ω 680 Ω 22 kΩ
1,2 Ω 33 Ω 820 Ω 27 kΩ
1,5 Ω 39 Ω 1 kΩ 33 kΩ
1,8 Ω 47 Ω 1,2 kΩ 39 kΩ
2,2 Ω 56 Ω 1,8 kΩ 47 kΩ
2,7 Ω 68 Ω 2,2 kΩ 56 kΩ
3,3 Ω 82 Ω 2,7 kΩ 68 kΩ
3,9 Ω 100 Ω 3,3 kΩ 82 kΩ
4,7 Ω 120 Ω 3,9 kΩ 100 kΩ
5,6 Ω 150 Ω 4,7 kΩ 120 kΩ
6,8 Ω 180 Ω 5,6 kΩ 150 kΩ
8,2 Ω 220 Ω 6,8 kΩ 180 kΩ
10 Ω 270 Ω 8,2 kΩ 220 kΩ
12 Ω 330 Ω 10 kΩ 270 kΩ
15 Ω 390 Ω 12 kΩ 330 kΩ
18 Ω 470 Ω 15 kΩ 390 kΩ
22 Ω 560 Ω 18 kΩ 470 kΩ

Als men dus een weerstand van 165 Ω berekend heeft zal men best een weerstand van die of een hogere waarde uit een reeks nemen.
Hier dus een weerstand van 180 Ω.

Nu we dat weten houden we rekening met het vermogen.
Beschikbare vermogens voor weerstanden:

1/4 W 1/2 W
1 W 3 W
4 W 5 W
10 W  

Zoals hiervoor kies je het beste voor een weerstand met een vermogen groter of hetzelfde dan berekend.

© 2006 Meert