Was ist eine LED-Schaltung?
Eine LED-Schaltung ist eine beliebige elektrische Leistungsschaltung, die zur Versorgung von Leuchtdioden oder LEDs verwendet wird. Im einfachsten Fall umfasst eine LED-Schaltung eine Spannungsquelle, einen Widerstand zum Verringern der Spannung und eine LED. Die LED-Schaltung kann auch andere Komponenten wie Schalter und Sensoren enthalten, diese beeinflussen jedoch nicht die Grundprinzipien für die Stromversorgung einer LED.
LEDs sind billig, zuverlässig, robust und energieeffizient. Die LED-Schaltung ist in elektronischen Geräten, Kraftfahrzeugen und Geräten, in denen sie als Anzeigeleuchten und für geringe Beleuchtungsstärken dienen, ein verbreitetes Merkmal geworden. Es wurden größere LEDs für Heimanwendungen entwickelt, die in Zukunft zweifellos an Bedeutung gewinnen werden. Diese Diskussion konzentriert sich jedoch auf die Elemente einer LED-Schaltung, die für kleinere LEDs gilt.
LEDs sind einfache Festkörperdioden. Eine Diode ist ein Bauelement, bei dem Elektronen nur in eine Richtung fließen können, indem ein Teil des Halbleitermaterials in den Strompfad des sogenannten Übergangs eingefügt wird. In LEDs wird dieses Halbleitermaterial speziell behandelt, um Lichtphotonen zu emittieren, wenn Strom durch es fließt. Wenn elektrischer Strom in der richtigen Richtung durch die LED fließt, spricht man von einer Vorwärtsvorspannung, und das Halbleitermaterial in der Verbindungsstelle leuchtet.
Wenn der Stromfluss umgekehrt wird, ein Zustand, der als Sperrvorspannung bekannt ist, fließen keine Elektronen durch das Halbleitermaterial und es wird kein Licht emittiert. Eine zu hohe Sperrspannung kann die Verbindungsstelle leicht beschädigen, weshalb diese Sperrspannung geschützt werden muss. Aus diesem Grund wird Gleichstrom zur Stromversorgung von LEDs dem Wechselstrom vorgezogen, wodurch Batterien zu idealen Stromquellen werden.
Eine zu hohe Vorwärtsvorspannung kann auch den LED-Übergang beschädigen. Daher wird fast immer ein Widerstand verwendet, um die Spannung am Gerät zu verringern. LEDs werden vom Hersteller sowohl hinsichtlich ihrer Stromaufnahme als auch ihres Widerstandsspannungsabfalls unter Vorwärtsvorspannung (Vf) bewertet, und diese müssen bei der Auswahl eines Widerstands für eine LED-Schaltung berücksichtigt werden. Der Wert des erforderlichen Widerstands kann berechnet werden, indem der Widerstandsspannungsabfall der LED von der Versorgungsspannung subtrahiert und die Ergebnisse durch die Nennstromstärke der LED dividiert werden.
Die Gefahr der Sperrspannung macht es kritisch, dass die LED mit der richtigen Polarität in den LED-Stromkreis eingesetzt wird. LEDs lassen Elektronen von ihren Kathoden zu ihren Anoden gelangen. Daher müssen LEDs so verdrahtet werden, dass ihre Kathoden mit dem Minuspol der Stromversorgung und ihre Anoden mit der positiven Seite verbunden sind. Die Hersteller geben die Polarität der LED auf verschiedene Weise an, insbesondere indem sie den Kathodendraht kürzer, flacher oder schwarzer machen oder indem sie die Kathodenseite des LED-Gehäuses abflachen oder einkerben.
Die typische LED-Schaltung zur Stromversorgung einer kleinen Anzeigelampe verwendet eine 1,5 bis 9 V-Batterie als Stromquelle. Je nach Farbe beträgt der typische Spannungsabfall in Durchlassrichtung 1,8 bis 3,3 Volt. Die LED nimmt möglicherweise 5 bis 20 mA Strom auf.