Lysdiode

Fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Hopp til: navigasjon, søk
Lysdiode med skjematisk symbol

En lysdiode (eller LED, fra engelsk light emitting diode) er en en halvleder-diode som utstråler lys under tilførsel av elektrisk strøm. Strålingen er inkohorent smalbåndet, og resulterer i et énfarvet lys når elektrisk strøm føres inn i diodens anode og ut av katoden, såkalt elektroluminisens. Den synlige eller usynlige farven er avhengigig halvledermaterialet i dioden, og kan strekke seg fra ultrafiolett over rødt, orange, gult, grønt eller blått til eller infrarødt.

Den store fordelen med LED er at den er veldig energieffektiv i forhold til de lyskildene vi har fra før og den har veldig lang levetid.

Lysdioder brukes en og en i elektriske kretser som statuslys og en masse andre operasjoner og de brukes også til å lage lyspærer. Da setter man sammen mange lysdioder i en pære med en sokkel slik at man har en LED pære.

Effektivitet[rediger | rediger kilde]

LED er veldig effektive sammenlignet med for eksempel glødepærer som har vært veldig mye brukt i Norge. En glødepære utgir nesten like mye varme som lys, hele 95% av tilført energi blir til varme mens bare 5% blir til synlig lys til sammenligning kan en LED gjøre om rundt 80% av energien til lys. Resultatet er da at vi får en lyskilde som kan bruke 10 til 15 ganger mindre strøm på å produsere samme mengde lys. Dette gjør den helt ideell til bærbare enheter som har begrenset med strømtilførsel som mobiltelefoner, datamaskiner, lommelykter o.l. Det gir også et stort potensiale til å spare mye strøm i boliger og andre bygninger. En typisk LED-pære på 7W kan fort tilsvare en tradisjonell glødepære på 60W i lysstyrke selvom dette også vil variere litt fra produsent. Siden LED-pærer er så effektive slipper de også ut veldig lite varme som gjør de mindre brannfarlige.

Levetid[rediger | rediger kilde]

Levetiden på en lysdiode er veldig mye lenger enn tradisjonelle lyskilder. Hvor lenge en lysdiode varer kommer ann på kvalitet og type, men typisk levetid er 15 000 til 30 000 timer og noen kan til og med lyse så lenge som opp mot 100 000 timer eller mer. En vanlig glødepære lyser tilsvarende bare i ca. 1000 timer og en halogen pære 2000 til 5000 timer. Det som skjer når en LED nærmer seg sin enden av sin satte levealder er som oftest ikke at den dør og ikke lyser lenger, men heller at den vil lyse svakere. Så en LED kan leve langt over sin satte levetid, men med redusert lysstyrke. En annen fordel med LED er også at de er ganske robuste mot rystelser og tåler godt ytre påkjenninger siden de ikke har noen glødetråder som kan bli ødelagt, dette gjør de også ideelle for bruk i for eksempel bil.

Fargegjengivelse[rediger | rediger kilde]

LED har lenge hatt et problem med fargegjengivelsen for å skape et behaglig lys og riktige farger. Dette problemet er i dag nesten forsvunnet da teknologien i LED har blitt veldig bra, men det er fortsatt en liten utfordring og skape helt korrekte fargegjengivelser. Typisk for LED er at de lyser veldig skarp hvit som gjør at de passer veldig bra til å lyse opp butikker og andre ting som skal lyses veldig godt opp. Når det gjelder å bruke LED i hjem så har det på grunn av dette vært litt motvilje mot å investere i LED fordi vi er vant med glødepærer som lyser varm hvit og litt gulaktig lys som gir en mer koselig stemning. De nye LED pærene som lages i dag er forøvrig blitt veldig bra og de kan også dimmes helt trinnfritt.

Kretsteknisk[rediger | rediger kilde]

Strømbegrensende motstand[rediger | rediger kilde]

Lysdioden fungerer typisk fra 1.8V til 3.5V og hvordan spenning den skal ha bestemmes ut ifra hvilken farge den har som er oppgitt i databladet. Hvis man setter på en for stor strøm så vil lysdioden brenne ut og bli ødelagt, for å forhindre dette bruker man en strømbegrensende motstand som setter strømmen igjennom lysdioden til ønsket verdi og passer på at spenningen er riktig.

Enkel LED krets med strømbegrensende motstand

For å få de riktige verdiene må vi først se på databladet til lysdioden for å se hva spesifikasjonene er for så å regne ut hvor stor motstand vi trenger. Denne motstanden blir satt i serie med lysdioden.

Formelen vi bruker for å regne ut strømbegrensende motstand:

R=(Vs - Vd) / Id

  • Vs er tilført spenning.
  • Vd er lysdiodens spenningsfall, dette finner man ved å se på databladet til lysdioden. For en rød lysdiode vil denne være omtrent 2V.
  • Id er ønsket strøm igjennom lysdioden som må være mindre enn den tåler før den blir utbrent (typisk Id < 30mA).

Enkel lysdiode i serie[rediger | rediger kilde]

Vi ser her på hvordan vi ville regnet ut motstanden for en enkel lysdiode koblet i serie. En blå lysdiode trenger 3.5V for å lyse optimalt og tåler 25mA med en spenningsforsyning på 5V, finn motstanden.

R=(5V - 3.5V)/0.020A = 1.5V/0.020A = 75ohm

Her velger vi en litt mindre strøm enn det lysdioden tåler slik at vi har en liten margin og får 75Ω. Det er ikke vanlig med 75Ω motstander så da velger man det nærmeste man kommer og gjerne en større motstandsverdi for å få enda en liten margin så vi ikke brenner ut lysdioden. I dette tilfellet ville en 80Ω motstand vært helt perfekt og hvis man ønsker et svakere lys kan man øke motstanden.

Flere lysdioder i serie[rediger | rediger kilde]

Tre lysdioder koblet i serie.

Når man skal regne ut en krets hvor vi har flere lysdioder koblet i serie er det ganske lik fremgangsmåte. Den eneste forskjellen vi får er at vi må ta spenningsforsyningen minus alle lysdiodenes spenningsfall. Hvis vi antar tre lysdioder vil vi få formelen:

R=(Vs-Vd1-Vd2-Vd3)/Id

Vi tar for oss tre blå lysdioder koblet i serie som trenger 3.5V for å lyse optimalt og tåler maks 25mA med en spenningsforsyning på 12V. Vi regner da ut hvor stor motstand vi trenger ved å sette inn disse verdiene i formelen.

R=(12V-3.5V-3.5V-3.5V)/0.020A = 1.5V/0.020A = 75ohm

Her får vi 75Ω og velger nærmeste motstand oppover for å være på den sikre siden som er 80Ω. Legg også merke til at vi brukte en spenningsforsyning på 12V istedenfor 5V, grunnen til dette er at 5V vil bli for lite for å forsyne tre lysdioder det de trenger for å lyse optimalt. Det ville fortsatt fungert med 5V, men det ville lyst en god del svakere.

Lysdioder i parallell[rediger | rediger kilde]

Lysdioder koblet i parallell

Det går an å koble lysdioder i parallell, men det skaper en del problemer så man kobler oftest i serie. Når en lysdiode blir produsert så dopes den med et halvledermateriale i en P-N kobling. Den ene siden er mer dopet enn den andre som gjør at den leder bare den ene veien og sperrer den andre. Når man doper disse diodene med halvledermateriale klarer man ikke å dope de helt nøyaktig like fordi dette er veldig mikroskopisk.

Dette fører til at man vil aldri få to helt eksakt like lysdioder og når man da kobler dem i parallell vil de heller ikke lede like mye strøm fordi noen av dem vil lede før de andre. Når en av lysdiodene fører mer strøm enn de andre vil den mest sannsynlig bli ødelagt og vi vil også få forskjell i lysstyrke. Dette er grunnen til at man prøver å unngå en parallell kobling og i hvert fall med kun en motstand.

Hvis man uansett må koble i parallell så minsker man denne faren ved å sette en strømbegrensende motstand på hver lysdiode eller lysdioderekke i parallellkoblingen. Så som i eksempelet med flere lysdioder i serie kunne vi hatt flere slike rekker i parallell med hver sin motstand per rekke. I bildet til venstre ser vi et eksempel på tre lysdioder koblet i parallell med hver sin strømbegrensende motstand.

Ulemper[rediger | rediger kilde]

Det er noen ulemper med å bruke LED og spesielt når man skal lage lyspærer så er det litt utfordrende å lage en lyspære som er pen å se på. Siden en LED pære er laget av mange små lysdioder vil disse diodene synes hvis man har en pære med klart glass. En løsning er å lage pærer med ugjennomsiktig glass, men dette hindrer igjen litt av lyset så man får en redusert lysstyrke. Derfor er LED ofte penest som en indirekte belysning der man ikke ser direkte på pæra.

En annen ting med LED pærer er det at lysdioden går på typiske 1.8V - 3.5V likespenning, mens vi i stikkontakten har 230V vekselspenning. Dette gjør at vi er nødt til å ha en LED driver eller en transformator og likeretter inne i lyspæra som fører til at den fort kan bli litt stor.

Se også[rediger | rediger kilde]

  • Glødelampe, glødelampe lyser ved at strøm sendes gjennom en tynn leder.
  • Halogenlampe, halogenlampe er en glødelampe hvor kapselen er fylt med en halogengass.
  • Lysrør, Lysrør lyser ved å ionisere gass i lysrøret slik at den blir elektrisk ledende.
  • Ra-indeks

Eksterne lenker[rediger | rediger kilde]