Die LED, die ich verwende, benötigt eine höhere Spannung, um zu leuchten, als ich geliefert habe, und aus diesem Grund leuchtet sie überhaupt nicht.

Ich würde zumindest ein schwaches Licht erwarten, aber es wird kein Licht erzeugt.

Warum dieses Verhalten von "wenn es nicht den erforderlichen Spannungspegel gibt, gibt es kein Licht"? Was ist in der LED los?

LEDs funktionieren nicht wie normale Glühbirnen.

Hauptunterschiede (etwas vereinfacht für Anfänger):

• Sie haben eine Polarität, daher müssen sie unter Beachtung dieser Polarität mit Gleichstrom versorgt werden. Vertauschen Sie die Polarität und sie funktionieren nicht. Sie können sie auch beschädigen, wenn Sie mehr als ~ 4V-5V in umgekehrter Richtung anlegen (dies sind sichere Werte; der genaue maximal tolerierbare Wert hängt vom jeweiligen Gerät ab).

• Die Lichtemission beginnt erst, wenn eine bestimmte Spannung erreicht ist (Schwellenspannung), unter dieser Spannung ist die Emission vernachlässigbar. Wenn Sie also eine Batterie haben, deren Spannung unter der Schwellenspannung der LED liegt, haben Sie Pech, es sei denn, Sie verwenden eine kompliziertere Schaltung (z. B. einen Joule-Dieb oder einen Boost-DC-DC-Wandler), um die LED mit Strom zu versorgen.

• Nach Erreichen der Schwellenspannung führt ein sehr geringer Spannungsanstieg dazu, dass die LED stark leitet, dh einen großen Strom aufnimmt . Daher benötigen Sie einen in Reihe geschalteten Widerstand, um diesen Strom auf ein sicheres Maß zu begrenzen. Auf dieser Seite finden Sie weitere Fragen / Antworten, die erläutern, wie der Wert des Begrenzungswiderstands berechnet wird.

• Nach dem Leiten ist die emittierte Lichtintensität in etwa proportional zum Strom (nicht zur Spannung), der in der Diode fließt (sodass Sie eine hellere LED erhalten, wenn Sie den Wert des Begrenzungswiderstands verringern). Dies bis zur maximalen Strombegrenzung der LED. Nachdem diese Grenze erreicht wurde, geht das Gerät auf POOF !

Sie fragen sich auch, warum dies alles passiert, aber die Antwort ist ziemlich komplex, da sie von der physikalischen Struktur des Halbleiterkristalls innerhalb der Diode abhängt. Die physikalische Erklärung liegt in der Quantenmechanik und der Festkörperphysik, wirklich schwierige Themen.

Der Wikipedia-Artikel über LEDs kratzt nur die Oberfläche der internen Funktionsweise der LEDs und ist immer noch recht komplex.

Wie ich sehe, hat Lorenzo Ihre Frage bereits direkt beantwortet (+1). Hier ist, was Sie tun können, um Ihre LED anzuzünden und zu sehen, was Sie haben.

LEDs sind Dioden, leiten also nur in eine Richtung. Im Gegensatz zu einer normalen Glühbirne ist die Orientierung wichtig. Wenn die LED nicht in eine Richtung leuchtet, drehen Sie sie um und versuchen Sie es erneut.

Verwenden Sie eine 5-V-Versorgung mit mindestens 180 Ω in Reihe, um mit so gut wie jeder LED sicher zu experimentieren. Die Verwendung eines höheren Widerstands funktioniert, aber die LED leuchtet schwächer. Selbst wenn 1 kΩ in Reihe geschaltet ist, können Sie in Innenräumen sichtbares LED-Licht erkennen.

Der Grund für die Verwendung einer 5-V-Versorgung besteht darin, die Sperrspannung an der LED zu begrenzen, wenn sie rückwärts angeschlossen ist. Die meisten LEDs können eine Sperrspannung von mindestens 5 V aufweisen.

Eine LED für sichtbares Licht fällt mindestens 1,8 V ab. Dadurch verbleiben (5 V) - (1,8 V) = 3,2 V am Widerstand. Nahezu jede LED kann einen Durchlassstrom von 20 mA verarbeiten. Nach dem Ohmschen Gesetz ist (3,2 V) / (20 mA) = 160 Ω. Ich sagte 180 Ω Minimum für einen kleinen Spielraum und weil das ein gemeinsamer Wert ist.

LED-Durchlassspannung ist farbabhängig. Gemeinsame grüne LEDs fallen beispielsweise um 2,1 V ab. "Weiße" LEDs sind in der Regel echte UV-LEDs mit Leuchtstoffen, die im sichtbaren Spektrum wieder emittieren. Diese können um 3,5 V fallen.

Mit einem 200-Ω-Widerstand und einer 3,5-V-LED erhalten Sie (1,5 V) / (200 Ω) = 7,5 mA. Solch eine LED leuchtet mit 7,5 mA immer noch gut sichtbar, selbst wenn sie 20 mA oder mehr vertragen hätte.

Sobald Ihre LED aufleuchtet, können Sie ihre Durchlassspannung messen und dann den Widerstand so einstellen, dass der maximale Strom mit dieser Durchlassspannung erreicht wird. Angenommen, das Maximum ist 20 mA, es sei denn, Sie haben ein Datenblatt und es steht anders.

Physik Erklärung

Glühbirne

Ein Glühlicht ist nicht wirklich eine Lichtquelle, sondern ein Heizelement . Jeder Strom durch einen Draht erwärmt ihn ein bisschen . Sobald der Draht über Raumtemperatur ist, gibt er Nettoenergie über Schwarzkörperstrahlung ab . Die Rate, mit der diese Energie abgegeben wird, hängt von der vierten Potenz der Temperatur ab , dh je höher die Temperatur, desto heller ^† . Und je mehr Strom (oder in äquivalenter Weise ^‡ mehr Spannung), je höher die Temperatur des Drahtes.

$2.6\times10^{-19}$

LEDs

$2.6\ldots3.2\times10^{-19}$

Nur ... warum würden die Elektronen weiterhin über die Kreuzung gehen? Nachdem ein Elektron die Kreuzung überquert hat, wird es nicht mehr geneigt sein, die Bandlücke zu überqueren. das kostet energie, die das elektron nicht hat. ... Es sei denn, Sie geben die Energie von einer externen Quelle ab: Jedes Volt, das Sie an eine Schaltung anlegen, kann ein Elektron mit einer Energie von versorgen$1.6\times10^{-19}\:\mathrm{J}$$U$$U\times1\:\mathrm{eV}$

_$T^4$

^‡ _{In ähnlicher Weise ist das Ohmsche Gesetz hier nicht vollständig korrekt, da der spezifische Widerstand von der Temperatur abhängt. Die qualitative Abhängigkeit höhere Spannung ⇒ höhere elektrische Leistung gilt aber weiterhin.}

Sie haben gerade eine Lektion darüber erhalten, wie LEDs nichtlinear sind .

Glühlampen sind linear, sobald sie leuchten . Linear bedeutet, dass es sich wie ein Widerstand verhält: Die Stromaufnahme ist proportional zur Spannung: die Hälfte der Spannung, die Hälfte des Stroms, 1/4 der Leistung. Eine Glühlampe würde tun, was Sie erwarten.

LEDs haben eine sehr steile Spannungs-Strom-Kurve: Eine kleine Änderung der Spannung führt zu einer großen Änderung der Stromaufnahme. Sie befinden sich am unteren Rand dieser Tabelle, daher kein Licht.

Die steile Kurve macht die LED sehr sprunghaft, kleine Spannungsänderungen führen zu großen (und schädlichen) Stromänderungen. Schlimmer noch, die Kurve ändert sich je nach Temperatur, Binning und Alter. LEDs sind also eher für einen bestimmten Strom als für eine bestimmte Spannung ausgelegt. Bei Anzeigen können Sie den Strom mit Widerständen begrenzen. Für Beleuchtungszwecke, bei denen Spitzenleistung benötigt wird, ist es am besten, eine aktive Treiberschaltung zu verwenden, um den Strom nach Vorgabe zu regeln.

Solche Schaltungen eignen sich auch dazu, die Versorgungsspannung entsprechend der LED zu erhöhen oder zu drosseln. Der Joule Thief ist eine einfache Schaltung, die das Problem der Ansteuerung einer Leuchtdiode mit einer einzigen 1,5-V-Batterie löst.

Für das, was es wert ist, ist es noch schlimmer mit der dritten Art von Licht, der Bogenentladungsbeleuchtung: fluoreszierend, Neon, Metallhalogenid, Quecksilberdampf und Natrium mit hohem / niedrigem Druck. Sie sind Isolatoren bis zu einer bestimmten Spannung, wenn der Lichtbogen zündet ... Danach sind sie fast tot. Strombegrenzung ist zwingend erforderlich.

Ein kleiner Hintergrund zu Halbleitern ...

Reines Silizium (oder Germanium) ist ein Isolator. Verunreinigungen werden hinzugefügt, um ein Material vom Typ "P" oder "N" zu erzeugen. Wenn diese nebeneinander liegen (in einer PN-Diode oder LED), heben sich die Verunreinigungen gegenseitig auf und hinterlassen eine kleine " reine " Schicht, die als Isolator fungiert.

Wenn Sie den Strom falsch anschließen , wird die Schicht dicker und stärker - bis Sie das Gerät beschädigen. (Varicaps verwenden dieses Prinzip, um einen variablen Kondensator zu erzeugen. Die Dicke der Isolierung wirkt wie der Abstand zwischen den Kondensatorplatten.)

Wenn Sie den Strom richtig anschließen , wird die Schicht dünner, bis das Gerät schließlich Strom leitet. Wenn dies endlich passiert, beginnt Ihre LED zu leuchten.

Eine letzte Anmerkung: Es ist möglich , eine LED mit nur einer 1,5-V-Quelle zu beleuchten: Verwenden Sie eine Spannungserhöhungsschaltung. Die gebräuchlichste Schaltung heißt Joule Thief .

Ihr Spannungsabfall (~ 2 V) ist höher als die Versorgungsspannung (1,5 V). Wenn die Versorgungsspannung niedriger als der Spannungsabfall ist, leitet eine Diode (einschließlich LED) überhaupt nicht.

Zusätzlich zu den hier gegebenen Antworten ist darauf hinzuweisen, dass jede LED anders ist (auch in Bezug auf die Farbe). Sie haben alle leicht unterschiedliche Aktivierungsspannungen und Abschaltgrenzen.

Der richtige Weg, um sicherzustellen, dass Sie Ihre LED nicht in die Luft jagen, und gleichzeitig sicherzustellen, dass Sie mit Licht rechnen können, ist, das Datenblatt Ihrer LED zu lesen.

Die Verwendung des Datenblattes gibt Ihnen wesentliche Erfahrung in

1. Auffinden der Datenblätter
2. Lesen und verstehen

Um Ihnen den Einstieg zu erleichtern, sehen Sie hier eine zufällige Auswahl für eine weiße LED von oben auf Google. Das ist vielleicht ein bisschen komplexer als die meisten LEDs, weil "Weiß" keine Farbe im LED-Land ist.

Sie enthalten eine unglaubliche Menge an Informationen. Wenn Sie sie nicht verstehen, empfehlen wir Ihnen, es zu versuchen und dann erneut eine Frage zu einem bestimmten Teil zu stellen, den Sie nicht verstehen.