LEDs - Leuchtdioden
Leuchtdioden, LEDs - Light Emitting Diodes leuchten, wenn Strom durch sie fließt.
| Farbe | Werkstoff | Fluss- spannung |
Strom bei 3mm LEDs |
Sperr- spannung |
Standard- Vorwiderstand bei 5V |
Minimaler Vorwiderstand bei 5V |
| rot | GaAsP | 1,8V | 20mA | 5V | 1kΩ | 160Ω |
| gelb | GaAsP | 1,9V | 20mA | 5V | 1kΩ | 150Ω |
| grün | GaP | 2,0V | 20mA | 5V | 1kΩ | 150Ω |
| blau | ZnSe, InGaN | 3,1V | 20mA | 5V | 10kΩ | 100Ω |
| orange | GaAsP | 2,0V | 20mA | 5V | 1kΩ | 150Ω |
| weiß | InGaN | 3,1V | 20mA | 5V | 100Ω | 100Ω |
Weiße LEDs sind blaue LEDs, die mit einem Leuchtstoff beschichtet sind. Für weiße LEDs gilt der Standardvorwiderstand von 100Ω, wenn sie für Beleuchtungszwecke verwendet werden.
Die Flussspannungen gelten für einen Strom von 5mA. Sie können von den angegebenen Werten abweichen:
- Bei kleinen Strömen kann sie über 0,4V niedriger sein.
- Selbst LEDs gleichen Typs (Farbe, Hersteller usw.) können bis zu ±0,4V voneinander abweichen.
- Last alle LED im 3mm oder 5mm Gehäuse haben einen maximal zulässigen Strom von 20mA.
- Aber es gibt Ausnahmen, z.B.
| Typ | Bauform | Farbe | Farbtem- peratur |
Strom max |
Fluss- spannung |
bei Strom |
Leistung max |
| S190W-W6-1E | 1206 SMD | warmweiß | 3000K | 25mA | 2,8V - 3,8V | 20mA | 95mW |
| NSPW300DS | 3mm | tageslicht-weiß | 6500k | 30mA | 2,7V - 3,5V | 20mA | 105mW |
| OS6MFL5A31A | 5mm | weiß | 3400K | 60mA | 2,9V - 3,6V | 50mA | 216mW |
| NSDW510GS- K1 | 5mm | weiß | 5000K | 80mA | 2,9V - 3,7V | 50mA | 296mW |
Farbspektrum
Die Farbe einer LED wird oft durch deren Wellenlänge angegeben.
Lichtfarben
Für weiße LEDs werden Lichtfarben angegeben.
- Die Bezeichnungen sind nicht klar definiert
- Die Farbtemperatur ist aussagekräftiger.
- LEDs mit niedriger Farbtemperatur sind gelber.
- LEDs mit hoher Farbtemperatur sind bläulicher.
Die folgende Tabelle fasst die wichtigsten Begriffe zusammen:
| Lichtfarbe | Räume | Farbtemperatur |
| warmweiß | Wohnraum | 2700K bis 3300K |
| weiß | Arbeitsplatz | 3300K bis 5300K |
| kaltweiß | Arbeitsplatz | über 4000K |
| tageslichtweiß | Werkstatt | über 5300K |
| Tageslicht | 6000K | |
| Glühbirne | 2700K | |
| Halogen | 3000K |
Für Einsteiger gibt es das Praktikum LED-Schaltungen.
Symbol
Der Strom fließt nur in der gezeichneten Richtung von der Anode zur Kathode.
Kennlinien
Die tatsächlichen Kennlinien hängen vom LED-Typ und vom Hersteller ab. Außerdem gibt es Abweichungen zwischen verschiedenen LEDs desselben Typs. Schließlich sind die Kennlinien von der Temperatur der LEDs abhängig.
Kennlinien werden im Praktikum Kennlinien beschrieben.
Gehäuse
1 - Kathode
2 - Anode
| Von links: | rote LED diffus |
| rote LED glasklar | |
| grüne LED diffus | |
| blaue LED diffus | |
| weiße LED | |
| Duo-LED | |
| gelbe LED 5mm diffus | |
| Leistungs-LED-Modul weiß | |
| 3 weiße SMD-LED mittlerer Leistung | |
| SMD-LEDs grün |
Darstellung im Entwurf für das Board
Regeln
- Eine Leuchtdiode ist eine Diode. Sie lässt den Strom nur in Pfeilrichtung fließen.
- Die Anode muss an Plus liegen, damit die LED leuchtet.
- Der lange Draht ist die Anode und wird an Plus angeschlossen.
- Für den Einsatz auf Steckboards werden die Anschlüsse zwar gekürzt, der Anschluss der Anode ist aber immer länger.
- Der lange Anschluss (Anode) einer LED gehört in den runden Lötpunkt eines KiCad-Layouts.
- Eine LED wird für allgemeine Anzeigezwecke mit einem Vorwiderstand von 1kΩ (10kΩ bei blauen LEDs) betrieben.
- Vorsicht bei Spannungen über 5V, diese können die LEDs zerstören.
Vorwiderstände für LED
Vorwiderstände
LEDs dürfen nicht ohne Vorwiderstände oder spezielle Regler betrieben werden.
In der obigen Tabelle sind die minimalen Vorwiderstände angegeben, um eine LED mit 5V zu betreiben. In den meisten Fällen sind wesentlich höhere Widerstände ausreichend. Ein guter Wert ist 1kΩ. Damit können wir eine LED auch mit 12V betreiben.
Die Helligkeit einer LED ändert sich kaum, wenn man den Widerstand geringfügig ändert. Eine gute Faustregel besagt, dass wir eine Änderung der Helligkeit erst bemerken, wenn wir den Widerstand halbieren oder verdoppeln. Wem eine LED mit 1kΩ nicht hell genug ist, der muss schon 470Ω oder sogar 220Ω nehmen.
Blaue LEDs sind wesentlich heller als rote. Für Anzeigen sollten wir daher bei blauen einen Vorwiderstand von 10kΩ wählen.
LEDs für Beleuchtungszwecke sind etwas anderes. Sie müssen meistens mit einer speziellen Elektronik betrieben werden. Eine weiße LED soll normalerweise beleuchten, also möglichst hell sein. Für weiße 3mm-LEDs an 5V ist daher ein Widerstand von 100Ω eine gute Wahl.
Helligkeit von LEDs
Helligkeit
Die Helligkeit einer LED ändert sich merklich, wenn
- der Strom verdoppelt oder halbiert bzw.
- der Vorwiderstand halbiert oder verdoppelt wird.
Mit der Helligkeit von LEDs ist das so eine Sache. Natürlich kann man sie messen und LEDs miteinander vergleichen.
Diese Messwerte sagen aber oft nicht viel darüber aus, wie wir Menschen die Helligkeit wahrnehmen. Wenn wir ganz genau hinschauen, können wir einen Unterschied von 10% soeben wahrnehmen. Wenn wir keinen direkten Vergleich haben, nehmen wir einen Helligkeitsunterschied erst dann wahr, wenn die Helligkeit doppelt oder halb so groß ist.
Ein anderes Problem sind unterschiedliche Farben. Hier treffen zwei Phänomene aufeinander.
- Die Helligkeit einer LED desselben Typs schwankt Schwankungen zwischen -50% und +100%.
- Die Effizienz - also die gemessene Helligkeit - von LEDs hängt von der Farbe ab.
- Menschen empfinden verschiedene Farben - bei gleicher gemessener Helligkeit - unterschiedlich hell.
-
Mit den vorhandenen Daten können wir die tollsten Berechnungen anstellen:
Ausprobieren ist besser und schneller.
Regeln für Helligkeit
- Die Helligkeit von LEDs hängig vom Typ (normal, low current, high efficiency) und Farbe ab.
- LEDs eines Typs (Farbe, Hersteller usw.) können von den typischen Daten erheblich (-50% bis +100%) abweichen.
- High Efficiency LEDs erscheinen etwas heller.
- Bei gleichzeitiger Betrachtung mehrerer LEDs in einer Anzeige,
- sollte der Strom durch alle LEDs (auf 10 %) gleich sein, und
- kann es notwendig sein, LEDs aus dem gleichen Produktions-Topf zu verwenden.
- Wenn die LEDs heller erscheinen sollen, sollte der Strom durch die LEDs verdoppelt werden. Der Vorwiderstand sollte halbiert werden.
- Sollen die LEDs dunkler erscheinen, muss der Strom durch die LEDs halbiert werden. Der Vorwiderstand ist zu verdoppeln.
- Die Helligkeit von LEDs für Anzeigezwecke verschiedener Farben sollte durch Versuche angeglichen werden.
- Rote, grüne, gelbe LEDs sollten (bei 5V) an einem Vorwiderstand von 1kΩ, blaue an einem von 10kΩ betrieben werden.
- Weiße LEDs für Beleuchtungszwecke werden meistens mit hohem Strom betrieben, um eine hohe Helligkeit zu erzielen.
- Der Strom darf den maximal zulässigen Dauerstrom nicht überschreiten.
- Bei schwankenden Spannungsquellen ist es einfacher eine Konstantstromquelle für LEDs zu verwenden.
Duo-LEDs
Für viele Schaltungen werden zwei verschiedenfarbige LEDs benötigt. Diese sind auch in einem gemeinsamen Gehäuse erhältlich:
- mit zwei Anschlüssen
- antiparallel
- mit drei Anschlüssen
- mit gemeinsamer Kathode
- mit gemeinsamer Anode
- mit vier Anschlüssen
Die Anschlussbelegung ist nicht einheitlich. Am besten nachmessen.
Leistungs-LEDs
Leistungs-LEDs müssen mit einem Kühlkörper und einem speziellen Treiber betrieben werden.
Sie sind unter Leistungs-LED beschrieben.