Artikler

Robot
Netværk
Tele
Installationer
Lys
Komponenter
Elektronik
Cases
Håndværk
Elektroteknik
Historien
Af interesse

Diverse

Tilpasset søgning

Lys i en lysdiode

Dokument oprettet:	22 Feb 2004
Senest ændret:	24 Apr 2021
Forfatter:	Cubus

For at opnå lys i en lysdiode, også kaldet LED (Light Emitting Diode), kræves, foruden lysdioden, en spændingskilde og en formodstand.

Denne artikel omhandler blandt andet de beregninger, der skal foretages for at vælge den rette formodstand. Det gælder både med hensyn til den ohmske værdi og effekten modstanden skal kunne tåle.

Lysdioder
Beregning af formodstand
Måder at forbinde flere lysdioder på

Lysdioder

En traditionel lysdiode er karakteristisk ved, at strømmen kan passere igennem komponenten den ene vej, men ikke den anden vej. Lysdioden skal med andre ord forsynes fra en jævnstrømskilde og polariseres korrekt. Af hensyn til indikering af plus og minus gøres plusbenet på lysdioden ofte lidt længere end minusbenet. Der sker normalt ikke noget ved at vende lysdioden forkert, bortset fra, at den så ikke lyser.

Skulle man finde på at polarisere en lysdiode forkert med en relativt høj spænding så kan dioden dog godt 'brænde af'. Der er nemlig grænser for, hvor stort et spændingsfald lysdioden tåler med forkert polaritet, før den 'bryder sammen' og bliver ledende også i spærreretningen (gælder i øvrigt også almindelige ensretterdioder). Hvor denne tålbare 'reverse voltage' ved almindelige dioder kan være relativt høj, fx 100 V, så er den for lysdioder relativt lav, ses fx i datablade opgivet til 5 V.

En anden karakteristisk ting ved lysdioden er et typisk spændingsfald over komponenten når den lyser. Spændingsfaldet varierer fra lysdiode til lysdiode alt efter farve og type. Den røde lysdiode har gerne det laveste spændingsfald, herefter følger den gule, så den grønne, mens en blå/hvid lysdiode har det højeste spændingsfald. Mht den enkelte lysdiode øges spændingsfaldet en smule ved større strømgennemgang.

En prøveopstilling på et "breadboard", hvor spændingsfaldet over en rød lysdiode måles: ca 1,6 volt. Samme måling på en grøn lysdiode af lignende størrelse og type viste et spændingsfald på ca 2,0 volt.

Lysdioder bruges i stor stil til signallamper, hvor de fx indikerer, om noget er tændt eller slukket. Samtidig tænding af mange lysdioder, der dækker en større flade, ses fx anvendt i trafiklys. Der er efterhånden udviklet så kraftige lysdioder, at de kan anvendes til deciderede belysningsformål.

Denne lysdiode kan tåle en strøm på ikke mindre end 350 mA (en traditionel lysdiode fodres typisk med ca 20 mA). Til gengæld er den påbygget en lille alu-køleplade og bør skrues på yderligere en køleribbe, hvis den skal anvendes ved max strømgennemgang. Den fungerer dog også fint ved fx 20 mA, naturligvis med en mindre lysafgivelse til følge. Loddeøerne er til tilslutningsledningerne. I den hvide variant kunne den fx anvendes til belysning i et køleskab eller i en reol mv. Spændingsfaldet over denne lysdiode er ca 4 volt.

Små kvadratiske printplader med lysdioder og påbyggede formodstande. Der skal blot tilsluttes 10 volt. Flere printplader kunne fx placeres spredt og anvendes til baggrundsbelysning i et skilt. En opal plade ville kunne jævne lyspunkterne ud.

Lysdiodernes force ligger i den lille størrelse, den lave varmeafgivelse og en lang holdbarhed. Der er ikke nogen glødetråd, som brænder over eller går i stykker ved rystelser. Nogle lysdioder har en anslået holdbarhed på 100.000 timer.

Beregning af formodstand

Formodstanden, der placeres i serie med DC spændingskilden og lysdioden, sørger for at begrænse den strøm, som lysdioden gennemløbes af. I princippet kan den DC spænding man anvender være så høj det skal være. Den overskydende spænding, udover de 1,5 - 4 volt, der typisk vil være over lysdioden, vil lægge sig over modstanden.

Kredsløbet med spændingskilde, modstand og lysdiode ser sådan ud:

Diagram over et kredsløb med spændingskilde, formodstand og lysdiode. Modstanden kan som her sidde direkte forbundet til plus eller den kan forbindes til minus - det er underordnet.

Beregning af formodstandens ohmske størrelse

Til nedenstående regneeksempel hører følgende data:

En enkelt rød lysdiode med et spændingsfald på 1,7 V.
Forsynes fra 12 V akkumulator (bemærk i øvrigt, at der på et bilbatteri, når motoren er startet, kan måles omkring 14 V mellem plus og minus).
Tilsigtet strømstyrke I på 20 mA, svarende til 0,02 A.

Over formodstanden R må der opstå et spændingsfald U, der svarer til forskellen mellem forsyningsspændingen på de 12 V og de 1,7 V, der lægger sig over lysdioden:

U_formodstand = U_forsyning - U_lysdiode
U_formodstand = 12 V - 1,7 V = 10,3 V

Ved hjælp af ohms lov er det nemt at beregne modstandens ohmske størrelse:

U = R · I <=> R = U/I
R_formodstand = U_formodstand/I_lysdiode
R_formodstand = 10,3 V/0,02 A = 515 Ω

Nærmeste større standardværdi i fx E12-serien er 560 Ω. Denne modstand ville resultere i en strømstyrke på ca 18 mA. I samme E-serie kunne også vælges en modstand på 470 Ω, resulterende i ca 22 mA.

Beregning af formodstandens effektmæssige størrelse

Selvom det er nævnt, at man i princippet kan anvende så stor en DC-forsyningsspænding det skal være, er det ikke nogen god idé med en relativt høj forsyningsspænding. Jo større forsyningsspænding, der anvendes til en enkelt lysdiode, jo større et spændingsfald vil der være over formodstanden. Og jo større et spændingsfald der er over formodstanden ved en given strømstyrke, jo større effekt vil der blive afsat i den - den bliver varm. Det er spild af energi og ydermere fylder og koster en modstand til stor effekt, fx 5 W, langt mere end en modstand til lille effekt, fx 0,25 W.

To modstande, der kan tåle forskellig effekt

Jo større effekt en modstand kan tåle, jo større er den. Her en modstand på 1 W på 220 Ω samt en modstand på 0,25 W på 1 kΩ.

Formlen for effekt P er, når der er tale om jævnstrøm, følgende:

P = U · I

Ved hjælp af simpel matematik kan det udledes, at følgende udtryk også er gældende:

P = U²/R

Den effekt modstanden skal kunne tåle i ovenstående eksempel er følgende:

P_formodstand = (U_formodstand)²/R_formodstand
P_formodstand = (10,7 V)²/560 Ω = 0,20 W

En lille modstand på 0,25 W skulle kunne klare belastningen. Men hvis man fx antager, at strømkredsløbet er koblet til en bilakkumulator, der under kørsel har en spænding på ca 14 V, viser det sig, at 0,25 W er for lidt. Her ville 0,33 W eller 0,5 W være mere passende.

En formodstand, der udgøres af flere modstande i serie (eller parallel for den sags skyld), kan være en måde at fordele den afsatte effekt over flere modstande.

Måder at forbinde flere lysdioder på

Skal flere lysdioder lyse samtidigt kan man koble dem i serie eller man kan koble dem parallelt. En kombination af disse to koblingsmetoder er også mulig.

Lysdioder i serie

Som nævnt er det af flere årsager fordelagtigt med en forsyningsspænding, der ikke ligger for langt over hvad lysdioden kræver. 1,2 til 2 gange denne spænding er fint. I det tilfælde, at flere lysdioder skal lyse samtidigt, og forsyningsspændingen langt overstiger spændingsfaldet på den enkelte lysdiode, kan man med fordel sætte lysdioderne i serie. For at finde U_formodstand, skal summen af spændingsfaldene over hver enkelt lysdiode trækkes fra den samlede forsyningsspænding. Den resterende spænding over formodstanden reduceres herved og dermed også den i modstanden afsatte effekt.

4 lysdioder koblet i serie, hver med et spændingsfald på 2 volt. Ud af de 12 V fra strømforsyningen er der således 4 V tilbage, som vil lægge sig over modstanden. Med en strømstyrke på 20 mA vil der i modstanden afsættes en effekt på 0,08 W. Med kun en enkelt lysdiode ville effekten i modstanden være på 0,2 W.

Lysdioder koblet parallelt

Lysdioder, der kobles parallelt, skal have hver deres formodstand. Diagrammet ser således ud:

4 lysdioder koblet parallelt med hver deres formodstand.

Sådan som lysdioderne er koblet sammen i ovenstående diagram, kunne de 4 lysdioder i diagrammet med serieforbindelsen også have været forbundet. I det aktuelle tilfælde ville det bare have været lidt fjollet. I stedet for de 0,08 W, der ville blive brændt af i modstanden i seriekoblingen, ville der i parallelforbindelsen være en sammenlagt effekt i de 4 modstande på 0,8 W til ingen verdens nytte (10 gange så meget).

Lysdioder koblet i både serie og parallel

Der er tale om en kombination af de to ovenstående forbindelsesmetoder:

4 parallelle strenge med hver 3 lysdioder i serie.

Ovenstående koblingsmetode kunne man fx forestille sig i en stor signallampe som fx et lyssignal, hvor der er rigtig mange lysdioder, der skal lyse samtidigt.

Hvis en lysdiode i ovenstående kredsløb skulle blive defekt, ville det kun være en enkelt streng (3 lysdioder), som holdt op med at lyse. I en serieforbindelse er kæden som bekendt ikke stærkere end det svageste led. Det kendes fra en seriel juletræskæde, hvor en enkelt sprunget pære får samtlige øvrige lyskilder til at gå i sort.

Interne links til emner i denne artikel:

Eksterne links til emner i denne artikel:

Vejledning i tilslutning af lysdioder [Brinck Elektronik]
Don's LED Main Page [Don Klipstein]
LED FAQ [ledmuseum.org]
Using light emitting diodes (LEDS) [All Electronics] (pdf)
How Light Emitting Diodes Work [Howstuffworks]
Getting to Know LEDs, Applications and Solutions [Dialight]
LED Resistor Calculator [Luxeon Star] (online beregning af formodstand)

Home