Hvordan beregne formotstand til lysdiode (LED)

[Hondaen]

Diverse:

 

Lysdioder er fiffige lyskilder som kan brukes til mye rart, de har klare fordeler:

 

-Lavt strømtrekk, ofte 20-30 mA (tusendels ampere)

-Lang levetid (80.000+ timer ikke uvanlig)

-Relativt billige

-Høy virkningsgrad

-Liten varmeutvikling

........

 

 

Lysdiode med klar kapsling.

 

 

Selvsagt kan enkelte lysdioder skille seg litt ut med tanke på elektriske

egenskaper, pris, varmeutvikling etc. Det er mange typer! Man får høyintensive lysdioder til over 100 lappen pr stk, disse vil da trenge kjøling da det utvikles stor effekt på et lite område.

 

Lysdioder blir populært forkortet LED. LED Står for Light Emitting Diode.

 

Oppbygning og virkemåte:

 

En LED er bygget opp av et halvledermateriale, ben for strømtilførsel og en plastkappe som virker varmespredende/kjølende og sist men ikke minst; en optisk linse som sprer lyset i den vinkelen man ønsker. Linsen kan være klar eller diffus, alt ettersom intensitet man ønsker. Området hvor lyset strømmer utifra, bestemmer også lysvinkel.

 

 

Mål til en typisk LED. Legg merke til Anode og Katode. Anode er der + tilkobles og har en lang pinne. Katoder tilføres - , pinnen er kortest.

 

Lyset kommer fra overgangen mellom to halvledermaterialer. Et elektron (strømpartikkel) går fra høynivå til lavnivå og vil da avgi energi, i form av et foton.

 

På norsk blir dette da at et elektron går fra en ytterbane til en innerbane og dermed må energi avleveres da de forskjellige banene har ulike energinivå. Når elektronet går fra ytterbane til en innerbane så avgis energi i form av en lyspartikkel, eller et foton.

 

 

Ved bruk av forskjellige typer halvledere og ulike dopingsgrader kan man bestemme bølelengden på lyset ( oppgitt i nanometer, nm) og intensitet. Bølgelengden bestemmer hvilken farge lyset har. Vår øye oppfatter lys innenfor bestemte bølgelengder.

 

De elektromagnetiske bølger det menneskelige øyet kan sanse, dvs. synlig lys, ligger på bølgelengde mellom 400-760 nanometer (1 nm : 1-9 m). Utover det synlige lysfeltet på den "blå kortbølge-enden" ligger de ultrafiolette (UV) strålene. Det er bølgelengdene på 325-400 nm som gir spesielt ødeleggende UV-stråler. Utover det synlige lysfeltet mot den "røde langbølge-enden" ligger de infrarøde (IR) strålene. IR har varmeutvikling som eneste effekt.

 

fiolett______grønt____gult__________rødt

UV___________ SYNLIG LYS __________IR

400______500_____600______700_____760

 

 

Ved bruk av lysdioder som øyet ikke oppfatter lyset til (f.eks IR led) må man være spesielt forsiktig ved å se inn på lyskilden. Fordi øyet vårt ikke sanser dette lyset vil ikke pupillen trekke seg sammen og begrense lysstrømmen, dermed kan netthinnen ødelegges. Dette gjelder spesielt i mørke da pupillens åpning er stor, IR lys brukes ofte til å lyse opp for videokamera i mørke omgivelser. Videokamera kan altså "se" lys vi ikke ser. Prøv å lys med fjernkontrollen til tv`n foran kamera på mobiltelefonen din, så ser du .

 

 

Enkle beregninger:

 

For optimal levetid til en LED, er det viktig at den for tilført korrekt spenning strøm. Får den for høy strøm, vil levetiden synke drastisk. En LED vil ikke slutte å lyse umiddelbart, men få svakere og svakere lys etterhvert som årene går.

 

For å få korrekt strøm, må man i mange tilfeller sette inn en stømbegrenser i form av en formotstand.

 

Inne hos ELFA kan vi hente ut diverse data om lysdioder. Det kan være farge/avgitt bølgelengde, maks strømtrekk (Imax), anbefalt strømtrekk (If), og strålevinkel lyset kommer utifra.

 

 

Slik beregner du formotstanden:

 

1. Innhent data om lysdioden, vi ønsker å vite hvilken spenning den trenger (Vf) og strøm den tåler (If). Bruk If max hvis du ønsker økt lysstyrke men redusert levetid. Er verd å merke seg at Imax kan være max strøm ved f.eks 2khz pulser. Bruker du ren likespenning som tilførsel må du da bruke If som beregnende faktor.

 

Fra ELFA finner vi en LED som har Vf 2.1 volt og If 30 mA.

 

2. Beregn:Vi ønsker å koble denne LED til et 12 volt system. For at LED ikke skal bli ødelagt, må vi sette inn en formotstand som begrenser strømmen.

 

Vi vet spenningen LED vil ha for å fungere optimalt. Vi vet også strøm LED trenger for å lyse riktig.

 

Spenningen over LED blir blir 2.1 volt. Spenningen over formotstanden blir da: 12 volt - 2.1 volt = 9,9 volt.

 

Ved å bruke ohms lov, kan vi nå enkelt finne ut hvor hvilken ohm verdi formotstanden skal ha: Rformotstand = Uformotstand/Iled

 

Dvs: Rformotstand = 9.9/0.03 = 330 ohm.

 

 

Formotstanden kobles i serie med LED.

 

Formotstanden må tåle effekten: P = U * I

 

Dvs: P = 9.9 * 0.03 = 0,297 watt. I praksis vil en 1/4watt motstand fungere fint her

 

Endret 9. oktober 2010 av Hårek
Byttet 'spenning' til strøm

[Ostepølsa]

Nydelig guide! Nå vet jeg litt mer om LED's

[MagE]

Takker for en god LED guide Har faktisk lurt på om hvordan LED's fungerte

[abraxa]

Flott, denne guiden trengte vi, det har vært utrolig mange poster med slike spørsmål i det siste.

 

Det hadde kanskje vært en idé å linke til et par led-kalkulatorer? Du vet, de fleste ønsker å få alt inn med teskje

[Islanbadsj]

Flott guide!

 

Er en kalkulator her

[stoffix]

joda fin fin guide,

jeg fikk akkurat en til å måle på HK sitt over msn, så da kan du jo legge ved at det kommer 5V ut ifra power on på HK... så står det iallefall et sted..

 

men

det er litt missvisende det der med lengden på bena, for det stemmer ikke alltid, det fikk vi faktisk til og med se på skolen min...

 

hvis du får tak i bilde av det så blir det lettere å forklare, men på den kanten nederst på innkapslinga, så skal det være sjært bort en bit vet det ene benet, det er katode.. (bombesikkert)

[ViVentis]

Er det skadelig å kjøre en diode som skal ha 12V på kun 5?

Endret 2. mars 2005 av ViVentis

[Elensar]

Er det skadelig å kjøre en diode som skal ha 12V på kun 5?

nope, men vist du køyrer den på 15 volt, da vil det verte skadeleg.

[ok2k]

Er det skadelig å kjøre en diode som skal ha 12V på kun 5?

Tviler på at du finner lysdioder for 12V, men dersom du da kobler den på 5V vil den ikke lede, og dermed ikke noe lys

[Firesky]

Er det skadelig å kjøre en diode som skal ha 12V på kun 5?

Tviler på at du finner lysdioder for 12V, men dersom du da kobler den på 5V vil den ikke lede, og dermed ikke noe lys

hva mener du med at den ikke vil lede??

trodde det var zener dioder som funka slik jeg da..

sansynligvis lyser den bare svakere

[ok2k]

Alle dioder må ha en viss spenning for å lede, dette gjelder også lysdioder. Prøv selv...

[Firesky]

Alle dioder må ha en viss spenning for å lede, dette gjelder også lysdioder. Prøv selv...

jeg HAR testa å den lyste bare svakere!!!

[ok2k]

Jaha? Men hvor langt ned skrudde du da? Ned til 0V, slik du kan med en vanlig lyspære?

[Firesky]

jeg testa med et 1.5volt batteri på en LED som var på 3.5 volt...

den lyste men det var et ganske svakt lys...

[ok2k]

Mulig det, men som sagt... lysdioder trenger en viss spenning for å lede. Du kan ikke begynne på 0V og skru opp, slik du kan med en vanlig glødelampe.

 

What is Inside an LED?

Sitat:

Only when sufficient voltage is applied to the semi-conductor chip, can the current flow, and the electrons cross the junction into the p region.

Endret 1. april 2005 av ok2k

[Firesky]

jeg tror ikke dette er noe problem så lenge man er over 1 volt.. men er man nede på 0.2 volt osv kan det kansje være et problem... så du har vel rett...

 

jeg har iallefall aldri merka at en LED ikke lyser pga lav spenning... bare at den lyser svakere..

[ok2k]

Mulig det... varierer vel fra led til led!

[sverreb]

For å fylle ut litt om hvordan en LED virker:

 

Litt bakgrunn på halvledere først:

I utgangspunktet er en halvleder et matriale som leder svært dårlig. elektronene til halvledere har en ganske høy energiterskel for å frigi seg fra atomkjernen de tilhører. Dette til forskjell fra metallene hvor de ytre elektronene vil hoppe fritt fra atom til atom.

 

Ved å dope halvlederen (D.v.s injisere relativt små mengder) med grunnstoff ett trinn over eller under i det periodiske system skapes overskudd/underskudd i elektrontettheten no som gir en økt mobilitet av elektronene og dermed bedre ledningsevne. Overskudd (frie elektroner) skapes ved å bruke stoff som har ett mer elektron i det ytterste elektronskallet. (Ett trinn over i det periodiske system), Underskudd, eller elektronhull som man gjerne kaller de, skapes ved å bruke med ett mindre elektron i det ytteste skallet.*

 

Der man doper slik at man får frie elektroner får man det man kaller en n-type halvleder. Motsatt er en p-type. n-type halvledere leder ved at de frie elektronene kan bevege seg i matrialet. I P-type er det hullene som 'beveger' seg. Det siste kan virke noe uintuitivt, da det som egentlig skjer er at naboelektroner vil kunne hoppe over til der hullet er og momentant skape et hull der de hørte hjemme. (Husk at de ytterte elektronene i halvledere kan momentant frigi seg fra kjernen, men dette er relativt sett sjeldent.)

 

En LED er en spesialisert type diode. En diode er en enkelt PN overgang. D.v.s. en p-type og en n-type halvleder lom ligger inntil hverandre. Det som skjer i denne overgangen er at de frie elektronene i n-type halvlederen tenderer til å fylle i hullene i p-type halvlederen. Det betyr at det oppstår et betydelig overskudd av negative ladninger på p-siden og positive på n-siden, noe som gir opphav til et svært kraftig elektrisk felt fra n til p.

 

Hvis vi nå injiserer elektroner på p-siden vil de bli ført med dette feltet til n-siden. (Og miste noe energi). Forsøker vi det samme på motsatt side vil vi måtte sette på nok spenning til at vi kansellerer ut feltet i PN overgangen før det går noe strøm.

 

I en LED er det dopet med spesielle stoff i PN overgangen. I nettopp dette omerådet har elektronene mye energi og kan hvis de kolliderer (egentlig interakterer) med det injistere stoffet eksitere det (D.v.s slå et elektron ut av det's normale skall). Når dette elektronet faller tilbake frigir det et foton.

 

Den energien et elektron mister nå den passerer den 'enkle' veien betegnes gjerne Vt (t for terskel) eller Vf (f for forover**). Hvis spenningen over dioden er mindre enn dette vil den praktisk talt ikke lede, og en LED vil ikke lyse. I motsatt retning er spenningen før dioden leder mye større og kan ofte ødelegge dioden om man prøver. Det finnes spesielle dioder kalt Zener dioder som er lagd for å brukes i revers. Disse benyttes gjerne i beskyttelseskretser siden de kan lede bort overspenninger.

 

Merk at Vf for en diode er ikke den spenningen den 'skal ha' om du skulle finne en LED med Vf=3.3V, så ikke prøv å kople den rett på 3.3V railen. Den vil enten brenne opp eller ikke lyse (med mindre du er veldig heldig). Dette er fordi det er alltid noe avvik fra idealer på både diode og spenningsforsyning. Alle LEDs skal ha en en resistor i serie uansett. Vf er den spenningen som du vil måle over dioden når den leder foroverkoplet. Prøv heller ikke å dele resistor med flere dioder. En av de vil lyse opp først og hindre de andre fra å få sin terskelspenning.

 

*) Det er litt upresist å snakke om elektronskall, men det holder for dette formålet.

**) Når man kopler en diode slik at spenningen er høyere på n siden sier vi den er foroverkoplet. Motsatt er reverskoplet.

[ddd-king]

Hvis vi nå injiserer elektroner på p-siden vil de bli ført med dette feltet til n-siden. (Og miste noe energi). Forsøker vi det samme på motsatt side vil vi måtte sette på nok spenning til at vi kansellerer ut feltet i PN overgangen før det går noe strøm.

 

I en LED er det dopet med spesielle stoff i PN overgangen. I nettopp dette omerådet har elektronene mye energi og kan hvis de kolliderer (egentlig interakterer) med det injistere stoffet eksitere det (D.v.s slå et elektron ut av det's normale skall). Når dette elektronet faller tilbake frigir det et foton.

Først: Veldig bra innlegg!

Men det er ett par ting jeg vil klarere:

 

1) Man pumper inn hull fra p-siden og elektroner fra n-siden. Dette vil si at dioden blir forverspent.

 

2) i p-n overgangen møtes hullene og elektronene hverandre og de rekombinerer. Det som skjer er elektronene blir snappet opp av atomene som har mistet et elektron. Når dette skjer må energien gis bort i form av lys. Dette lysets energig er omtrent lik bandgapets energi.

 

3) når man fremprovoserer elektron-atom kollisjoner for å frigi nye elektroner vil det komme flere elektroner ut enn elektroner som kommer inn. Dette gir GAIN. Dette prinsippet brukes ikke under lyskilder, men detektorer; APD (Avalanche Photo Diode) som har gain på omtrent 10-100 (10-20dB)

[jonnor]

En ting med lysdioder, lysstyrken. Dette oppgis i Candela (ofte mikro-)

Hvor mye er feks 1 Candela? (1000mcd) Er det synlig i dagslys? Inne? Eller bare når det er mørkt?

 

Grunnen til at jeg lurer på dette er at jeg kjøpte ett par dioder på Clas (høyintensiv blå) som lyste ganske så bra, men var ganske dyre. Vil derfor bestille i større antall fra Elfa og vil ha samme lysstyrke eller bedre. Det stod ikke hvor mye diodene fra Clas lyste verken på pakka eller nettet. Noen som kan hjelpe meg?

Endret 10. mai 2005 av NorthWave