LED-ekről kezdőknek

(A cikk minimális elektronikai alapismeretet feltételez, így nem tér ki minden apró részletre.)
A LED egy fénykibocsátó dióda (Light Emitting Diode). A diódában egy félvezető chip található, ami elektromos áram hatására fényt bocsát ki.

Ha a LED-re kapcsolt feszültség elér egy bizonyos szintet (nyitófeszültség), akkor a LED kinyit, áram folyik rajta és elkezd világítani. Ezt a nyitófeszültséget a chip összetétele (LED színe) határozza meg. Ez nem pontos és nem állandó érték, változik és egy típuson belül is van szórása.


A LED üzemeltetésére egyenfeszültség szükséges (DC) és a LED-en átfolyó áramot korlátozni kell! A legegyszerűbb (és legkevésbé hatékony) módja az áram korlátozásának, az előtét ellenállás használata.

Ebben a részben 5mm-es piros LED-eket és 3db AA (ceruza) elemet fogok használni és ennek segítségével bemutatni, hogy hogyan lehet előtét ellenállást méretezni.

Amire szükségünk lesz:
- Tápforrás (Elem, akku, hálózati adapter stb.)
- LED
- előtét ellenállás (színkód kalkulátor)
- forrasztó páka, forrasztó ón

Az 5mm-es piros LED nyitófeszültsége 1.8-2.1V. A nyitófeszültség nem állandó érték, ezért az ellenállás túlméretezése javasolt. Tehát a nyitófeszültség alsó értékére méretezzük az előtét ellenállást, hogy véletlenül se folyhasson túl sok áram a LED-en, ezért 1.8V-al fogok számolni.

Az első példában 1db LED-et kötök előtét ellenálláson keresztül az elemekre.
Tehát van egy bemenő feszültség, 4.5V (VInput) (3db 1.5V-os AA, ceruza elem sorosan kötve), a led nyitófeszültsége 1.8V (VF) (5mm piros LED esetén) és LED leírásából, adatlapjából azt is tudjuk, hogy maximum 20mA (0.02A) (IF) folyhat a LED-en.

Az előtét ellenállás méretezésnél először azt kell kiszámolnunk, hogy hány V feszültségnek kell esnie az előtét ellenálláson: 4.5V-1.8V=2.7V

Ohm törvénye alapján kiszámolható az ellenállás értéke: 
R=U/I = 2.7V/0.02A = 135Ohm -> szabvány érték 150 Ohm
U= az ellenálláson eső feszültség, mértékegysége: V (Volt)
I= az ellenálláson folyó áram, mértékegysége: A (Amper)
R= az ellenállás értéke, mértékegysége: Ohm

Az ellenállás teljesítménye is fontos dolog, így azt is ki kell számolnunk.
P=U2/R összefüggés alapján 7.29 /150 = 0.048W (Ez főleg több LED meghajtása esetén, vagy nagyobb teljesítményű LED meghajtása esetén okozhat gondot, ebben az esetben ez nem számottevő, ezért ettől eltekinthetünk.)

Állítsuk össze az áramkört:



LED-ek soros kapcsolása:
Csak azonos típusú LED-eket kapcsoljunk sorba. Soros kapcsolás esetén az egyik LED anódját a következő LED katódjához kötjük, így a soros kapcsolat jön létre. (Kirchoff II. törvénye)
A nyitófeszültségek az előtét ellenállás szempontjából összeadódnak.
Például 2db 5mm piros LED soros kapcsolása esetén 1.8V esik egy-egy LED-en, így összesen 3.6V.

Előtét ellenállás számítás, az előző példához hasonlóan:

Ellenálláson eső feszültség: 4.5V-3.6V=0.9V

R= U/I = 0.9V/0.02A = 45 Ohm -> szabvány érték 47 Ohm

Az előző példához hasonlóan, állítsuk össze az áramkört:

Néhány szót a hatásfokról:
Soros kapcsolás esetén az ellenálláson elvesztett teljesítmény, P= U*I képlet alapján:
Veszteség: Pv=U*I = 0.9V*0.02A=0.018W
Összes befektetett teljesítmény: Pb = 4.5V*0.02A=0.09W
Hasznos teljesítmény: Ph = Pb-Pv = 0.09W - 0.018W=0.072W
Hatásfok: Ph / Pb = 0.072W / 0.09W = 0.8 -> 80%


LED-ek párhuzamos kapcsolása:
Csak azonos típusú LED-eket kapcsoljunk párhuzamosan. Párhuzamos kapcsolás esetén az egyik LED-anódját a másik LED anódjához, katódját a katódjához kötjük, így párhuzamos kapcsolás jön létre. (Kirchoff I. törvénye)
Például 2db 5mm piros LED párhuzamos kapcsolása esetén, a létrejövő csomópontunkból 2x20mA folyik ki, így a befolyó áramnak 20+20=40mA-nek kell lenni.

Előtét ellenállás számítás, az előző példához hasonlóan:

Ellenálláson eső feszültség: 4.5V-1.8V=2.7V

R= U/I = 2.7V/0.04A = 45 Ohm -> szabvány érték 47 Ohm

Az előző példákhoz hasonlóan, állítsuk össze az áramkört:


Hatásfok:
Párhuzamos kapcsolás esetén az ellenálláson elvesztett teljesítmény, P= U*I képlet alapján:
Veszteség: Pv =U*I = 2.7V*0.04A=0.108W
Összes befektetett teljesítmény: Pb = 4.5V*0.04A=0.18W
Hasznos teljesítmény: Ph = Pb-Pv = 0.18W - 0.108W=0.072W
Hatásfok: Ph / Pb = 0.072W / 0.18W = 0.4 -> 40%

Látható, hogy a párhuzamos kapcsolás esetén mennyivel rosszabb a hatásfok, tehát sokkal több energia megy kárba az ellenálláson. Előtét ellenállásos áramkorlátozás esetén, lehetőség szerint minél több LED-et kapcsoljunk sorosan, és csak akkor használjunk párhuzamos kapcsolást, ha a bemeneti feszültség már nem teszi lehetővé a LED-ek soros kapcsolását.
Ajánlatos úgy tervezni az áramkört, hogy ne az átgondolatlan üzemeltetéssel veszítsük el a LED-ek által biztosított jó hatásfokot.

Kosár

 x 
A kosár üres

Bejelentkezés