Informationen zur Verwendung von LEDs, LED-Geräten und zum Anzünden einer LED

Jeder kennt LEDs: LED-Leuchten, LED-Lampen, Bänder und vieles mehr. Dank der Bemühungen der Entwickler erschienen absolut exotische Geräte, zum Beispiel eine Düse an einem Wasserhahn.

Äußerlich ist es ein transparenter Plastikzylinder: kaltes Wasser strömte ein - in die Düse leuchtet eine blaue LED, es wurde wärmer - es wurde gelb, und selbst wenn das Wasser zu heiß ist, wird die Düse rot. Der Inhalt der internen Füllung ist unbekannt, aber die Tatsache, dass LEDs als emittierende Elemente verwendet werden, ist offensichtlich.

Die erste LED wurde bereits 1962 an der University of Illinois entwickelt. 1990 wurden helle und später superhelle LEDs geboren.

Die LED selbst ist einer herkömmlichen Gleichrichterdiode sehr ähnlich. Erst wenn ein Gleichstrom durch sie fließt, beginnt der Halbleiterkristall zu leuchten. Der englische Name der LEDs ist Leuchtdiode oder LED, was wörtlich als Leuchtdiode übersetzt werden kann.

Um unterschiedliche Wellenlängen der Strahlung (Farbe) zu erhalten, werden dem Halbleiter verschiedene Dotierstoffe zugesetzt. Durch die Zugabe von Aluminium, Helium, Indium und Phosphor emittiert der Kristall Farben von Rot nach Gelb. Um von blau nach grün zu leuchten, werden die Kristalle mit Stickstoff-, Gallium- oder Indiumpartikeln dotiert.

Heutzutage sind weiße LEDs wahrscheinlich am häufigsten. Grundsätzlich handelt es sich hierbei um Produkte zur Erzeugung von Beleuchtung - von Taschenlampen über Souvenirs bis hin zu seriösen Scheinwerfern für die Installation auf Dächern und Fassaden von Gebäuden. Aber hier ist ein interessantes Detail: In der Natur gibt es kein Halbleitermaterial, das weiß leuchten kann.

Wie kann man hier sein? Ultraviolette Strahlung half, aus dieser Situation herauszukommen: Der "ultraviolette" Kristall ist mit einer Leuchtstoffschicht bedeckt, ungefähr so ​​wie bei Leuchtstofflampen, wodurch die LED weiß leuchtet.

Es gibt aber auch einen Hinterhalt. Wie bei Leuchtstofflampen verliert der Leuchtstoff mit der Zeit seine Eigenschaften, das Leuchten wird schwach. Damit ein solcher Verschleiß auftritt, muss die LED jedoch mindestens ein Jahr lang und möglicherweise sogar noch länger leuchten. Beim periodischen Ein- und Ausschalten ist die Lebensdauer dieser Geräte also recht hoch.

Ursprünglich waren die LEDs hauptsächlich zur Anzeige von Geräten gedacht, sie ersetzten die Miniaturglühlampen. Die Vorteile hier sind unbestreitbar. Dies ist ein geringer Stromverbrauch, eine niedrige Versorgungsspannung und eine hohe Lebensdauer: Eine Glühlampe hat eine Lebensdauer von nicht mehr als tausend Stunden, während dieser Parameter für LEDs mehrere Zehntausend beträgt.

Einige Quellen behaupten, dass die LED bis zu 11 Jahre ununterbrochen arbeiten kann! Bei einigen Geräten muss jedoch zum Austausch einer Glühbirne auf eine erhebliche Demontage des Gehäuses und des gesamten Anzeigefelds zurückgegriffen werden. Hier helfen ein Hammer, ein Meißel und eine andere Mutter in vollem Umfang.

Ein charakteristischer Parameter von LEDs ist eine Vielzahl von Farben, sodass keine Filter erforderlich sind. Im Vergleich zu Glühlampen LED-Lampen besitzen eine erhöhte mechanische Festigkeit, die es leicht macht, Vibrations- und Stoßbelastungen zu tolerieren. Natürlich in vernünftigen Grenzen.

LED-Gerät

Die ersten LEDs wurden in Metallgehäusen mit transparentem Fenster hergestellt. Als sich die Technologie verbesserte, bestand der Rumpf vollständig aus Kunststoff.Die Farbe des Kunststoffs entspricht in der Regel der Farbe des Glühens, aber auch transparente Gehäuse sind sehr häufig. Welche Farbe solche LED leuchtet, kann erst nach ihrer Aufnahme herausgefunden werden.

Ebenso gut wie herkömmliche GleichrichterdiodeDie LED hat zwei Anoden und eine Kathode. Beachten Sie daher beim Anschließen die Polarität. Der Ausgang der Anode ist in der Regel etwas länger als der der Kathode, dies ist jedoch immer noch eine neue LED. Wenn die Beine bereits getrimmt sind, können die Schlussfolgerungen mit dem „sprichwörtlichen“ Multimeter ermittelt werden: Bei der richtigen Polarität der Verbindung leuchtet die LED ein wenig auf.

In der entgegengesetzten Richtung sollte das Gerät einen großen Widerstand aufweisen, fast offen, wie dies bei einer herkömmlichen Gleichrichterdiode der Fall ist. Die interne Anordnung der LED in einem transparenten Gehäuse ist in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1. Die interne Struktur der LED in einem transparenten Gehäuse

So zünden Sie eine LED an

Sehr oft stellen Amateurfunkamateure die Frage: „Welche Spannung wird benötigt, um eine LED zu beleuchten?“. Hier sehen Sie die Analogie zu Glühlampen. Diese Lampe ist für 220 V und diese für 12. Bei Verwendung einer LED kann man nicht sagen, dass diese LED für 5 V und diese für 12 V ist. Die Frage ist, warum so?

Tatsache ist, dass die LED ein Stromgerät ist: Ein Strombegrenzungswiderstand wird in Reihe geschaltet, was in Abbildung 2 dargestellt ist.

Abbildung 2 LED-Schaltplan durch einen Strombegrenzungswiderstand

Es ist leicht zu erkennen, dass die LED an eine Gleichstromquelle mit der richtigen Polarität angeschlossen ist: Die Anode ist mit dem positiven Pol der Batterie und die Kathode über den Begrenzungswiderstand mit dem negativen verbunden. Natürlich kann der Begrenzungswiderstand auch in den Bruch des Anodenausgangs einbezogen werden, da die Schaltung seriell ist!

Die Gleichstromquelle in der Figur ist als galvanische Zelle mit einer Spannung von nicht mehr als eineinhalb Volt dargestellt. Tatsächlich kann es sich um eine Batterie von Zellen mit einer Spannung von 12 ... 24 V und bei ordnungsgemäßer Einbeziehung sogar um ein Wechselstrom-Beleuchtungsnetz von 220 V handeln. Die Hauptsache ist, den Gleichstrom durch die LED auf den in der technischen Dokumentation angegebenen Wert zu begrenzen. Für die meisten modernen LEDs beträgt dieser Strom 20 mA.

Aber hier ist es genau richtig, eine kleine Bemerkung zum Thema LED-Spannung zu machen. Tatsache ist, dass derzeit zum Zweck der Miniaturisierung elektronischer Geräte die Herstellung von LEDs mit einem im Gehäuse integrierten Begrenzungswiderstand etabliert wurde. Durch diese Integration können wir sagen, dass diese LED eine Arbeitsspannung von 12 V hat und diese nur 5 beträgt.

Mit dieser Markierung können Sie die Preisschilder in den Regalen der Radiomärkte sehen. Zwar sind solche Geräte nicht üblich, daher sollte man den Begrenzungswiderstand nicht vergessen.

Es gibt auch eine Kategorie von LEDs, die für eine bestimmte Betriebsspannung ausgelegt sind. Dies sind die sogenannten blinkenden LEDs, die einen integrierten Generator enthalten, der den Kristall bei einer bestimmten Frequenz blinken lässt. Versuche, die Blinkfrequenz mit Hilfe externer Kondensatoren und anderer Tricks zu ändern, sind zum Scheitern verurteilt. Eine gewisse Frequenzänderung kann zwar durch Variation der Versorgungsspannung erreicht werden.

So werden blinkende LEDs speziell für eine bestimmte Spannung erzeugt: Hochspannung 3 ... 14 V und Niederspannung 1,8 ... 5 V. Gleichzeitig fehlt der eingebaute Begrenzungswiderstand für blinkende Niederspannungs-LEDs. Hier müssen Sie maximale Aufmerksamkeit zeigen. Aber zurück zu normalen LEDs.

Es wurde also bereits gesagt, dass der Gleichstrom der meisten LEDs 20 Milliampere beträgt. Es ist möglich, etwas weniger zu machen (nur die Helligkeit nimmt ab und die Farbe unterscheidet sich ein wenig von den Erwartungen), aber mehr ist höchst unerwünscht. Dieser Stromwert soll den in Abbildung 2 gezeigten Grenzwiderstand liefern.

Um den Widerstandswert dieses Widerstands zu berechnen, sollten Sie zwei Parameter kennen.Erstens ist es die Versorgungsspannung der Schaltung (Achtung, es handelt sich um SCHEMES, keine einzelne LED) und zweitens ein direkter Spannungsabfall an der LED.

Dieser direkte Abfall ist in der technischen Dokumentation angegeben und liegt für die meisten LED-Typen im Bereich von 1,8 bis 3,6 V (für jeden Typ für sich, meistens jedoch für 2 V). Dies ist der direkte Spannungsabfall an der LED bei einem Strom von 20 mA. Mit solchen Daten ist es sehr einfach, den Widerstand des Begrenzungswiderstands zu berechnen. Um zu verdeutlichen, woher es kommt, können Sie das in Abbildung 3 gezeigte einfache Diagramm verwenden.

Abbildung 3LED-Anschlussplan

Es ist offensichtlich, dass der Widerstand R1 und die in Reihe geschaltete LED HL1 ein Spannungsteiler sind. Es ist auch bekannt, dass ein direkter Spannungsabfall an der LED gemäß den Referenzdaten genau 2 V beträgt. Hier haben wir so eine gute LED.

Bei einer Versorgungsspannung von 12 V beträgt der Spannungsabfall am Widerstand R1 12 V - 2 V = 10 V. Daher ist es nach dem Ohmschen Gesetz einfach, den Widerstand des Widerstands zu berechnen, bei dem der Strom durch die LED 20 mA beträgt: R = U / I = 10 V / 20 mA = 0,5 kΩ.

Formel zur Berechnung des Grenzwiderstands:

Hier ist alles klar und einfach. Im Zähler befinden sich die Versorgungsspannung und ein direkter Spannungsabfall an der LED. Der Nenner enthält den erforderlichen Strom durch die LED multipliziert mit einem Zuverlässigkeitsfaktor von 0,75. In der Mechanik wird dies als Sicherheitsspielraum bezeichnet.

Wenn mehrere LEDs in Reihe geschaltet sind, addiert sich der Spannungsabfall einfach und wird in der oben gezeigten Formel ersetzt. In diesem Fall wird der Widerstand R in diesem Fall natürlich geringer als bei einer einzelnen LED.

Natürlich wird am Widerstand etwas Strom freigesetzt. Damit der Widerstand nicht sofort oder im Laufe der Zeit durchbrennt, wird seine Leistung normalerweise nach der Formel berechnet:

Alle Größen haben die SI-Systemabmessung: Spannung in Volt, Widerstand in Ohm, Leistung in Watt.

Sehr oft werden verschiedene Möglichkeiten zum Anschließen von LEDs und zum Anschließen an verschiedene Stromquellen benötigt. Dies wird jedoch in der Fortsetzung des Artikels erörtert.

Siehe auch: So schließen Sie den LED-Streifen an die Stromversorgung an

Boris Aladyshkin