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Bauelement LED

Die Licht-Emittierende-Diode (LED) leitet den Strom nur in einer Richtung, die naheliegenderweise als Vorwärtsrichtung bezeichnet wird. Liegt der Diodenstrom im spezifizierten Bereich – z.B. 350mA für LEDs der 1W-Leistungsklasse, so fällt über der Diode die Vorwärtsspannung ab, zumeist mit Vf (forward voltage) abgekürzt. Diese liegt bei blauen und weißen LEDs typisch bei 3,6V. LEDs gibt es in allen möglichen Lichtfarben, von Infrarot über das sichtbare Spektrum bis sogar Ultraviolett. Weiße LEDs bestehen aus blauen LEDs mit einer phosphoreszierenden Beschichtung, die einen Teil des blauen Lichts in längere Längenwellen umsetzt. Das Längenwellengemisch wirkt weiß.

In Sperrrichtung sollten LEDs möglichst nicht betrieben werden. Nur wenige Volt Sperrspannung (in der Regel >5V) können die LED beschädigen oder zerstören.
Die Vorwärtsspannung ist zwar in gewissem Maße abhängig vom Diodenstrom, jedoch sind die Parametervariationen zwischen einzelnen Bauteilen größer und zudem Temperaturabhängig. Die Strom-Spannungs-Kennlinie einer Diode ist fundamental anders als die einer Glühlampe.
Bei der Glühlampe nimmt der Innenwiderstand bei steigender Spannung und Strom zu, was einer übermäßigen Stromzunahme entgegenwirkt. Glühlampe verschiedener Produzenten können daher problemlos an ein und derselben konstanten Spannungsversorgung (z.B. 230V ~ oder 12V =) betrieben werden.

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Diagramm 1 Diagramm 2

LEDs können im Gegensatz dazu auf keinen Fall an einer konstanten Spannungsquelle betrieben werden. Bei steigendem Strom sinkt der Innenwiderstand der LED. Lässt man die eingeprägte Spannung über die Vorwärtsspannung Vf anwachsen, eskaliert die Stromaufnahme und das Bauteil wird bald zerstört. Wie aus Diagramm 1 ersichtlich, bleibt die Stromaufnahme und damit der Lichtstrom unterhalb Vf sehr niedrig.

Einzig sinnvoll ist der Betrieb von LEDs an Konstantstromquellen. Kleine Signal-LEDs werden zumeist mit simplen Vorwiderständen betrieben. Für LEDs höherer Leistung verbietet sich diese Betriebsart jedoch. Der größte Teil der Leistung würde vom Widerstand in Wärme umgesetzt. Leistungs-LEDs für Beleuchtungszwecke müssen daher, wie Diagramm 2 nahe legt, an elektronisch geregelten Konstantstromquellen mit hohem Wirkungsgrad betrieben werden.

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