Regelmatig duiken op nieuwsgroepen vragen op over het gebruik van leds. Deze webpagina's proberen antwoord te geven op deze vragen aan de hand van eenvoudige uitleg en een groot aantal voorbeelden. Helaas is het ondoenlijk om hier echt 'alles over leds' te vertellen; het is vooral de bedoeling beginners op weg te helpen, en die zouden al snel het spoor bijster zijn als ze vele tientallen pagina's informatie moeten doorwerken.
Hieronder vind je alle onderwerpen die van belang zijn bij het aansluiten van leds. De link 'Alles op een rijtje' geeft direct een overzicht van alle formules, en voor wie geen zin heeft in rekenwerk is er de CalcuLEDor, die alles voor je uitrekent! (Maar wie echt stoer is, gaat natuurlijk zelf aan het rekenen :-).
LED is de afkorting van Light Emitting Diode, wat zoveel betekent als lichtgevende diode. En inderdaad vertoont een led ook een belangrijke eigenschap van een diode, namelijk dat de stroom slechts in één richting wordt doorgelaten; er kan alleen stroom lopen van de anode (positieve pool) naar de kathode (negatieve pool). Dit is een belangrijk verschil tussen een led en een gloeilamp, waarbij de polariteit niet uitmaakt. In feite zijn er meer verschillen dan overeenkomsten tussen leds en gloeilampen; zo wordt het licht in een led niet opgewekt door het verhitten van een draadje, maar doordat elektronen in het halfgeleidermateriaal zoals dat heet worden aangeslagen; in feite gebeurt ditzelfde in een TL-buis of andere gasontladingslamp, zodat een led dus meer gemeen heeft met een TL-buis dan met een gloeilamp!
In onderstaande figuur zie je het schemasymbool en een tekening van de klassieke standaardled, met daarbij aangegeven de anode, de kathode en de richting waarin stroom door de led kan lopen:
Bij de hier weergegeven “gewone” led met twee aansluitdraden zijn de anode en de kathode als volgt te herkennen:
De anode (de positieve aansluiting) is de langste draad.
De kathode (de negatieve aansluiting) is de kortste draad. Verder is de kathode bij ronde leds vanaf 5 millimeter ook aangegeven door middel van een plat vlakje bij een van de draden.
Houd er rekening mee dat er leds in talloze kleuren, vormen, maten en varianten verkrijgbaar zijn, zodat niet altijd direct duidelijk is wat de anode en de kathode is. Verderop kun je lezen hoe je van een onbekende led de polariteit, de nominale spanningsval en (ongeveer) de werkstroom bepaalt.
Een ander essentieel verschil tussen een led en een gloeilamp is de manier waarop je ze van elektriciteit voorziet: leds moeten worden aangestuurd door er een bepaalde stroom doorheen te sturen, niet door er een bepaalde spanning overheen te zetten. Je kunt een gewone led dus ook niet zomaar op een batterij of andere spanningsbron aansluiten – ze zullen dan niet werken of juist heel snel kapot gaan. Bij een led wordt dan ook aangegeven bij welke stroom de lichtopbrengst optimaal is (dat wil zeggen: zoveel mogelijk licht bij een zo lang mogelijke levensduur). Bij de van oudsher verkrijgbare standaardleds is dit vaak iets van 20 milli-ampère (20 mA); bij zogenoemde low-current-leds is dit aanzienlijk minder, vaak iets tussen 3 en 5 mA.
Dit aansturen met stroom in plaats van spanning is ook meteen het grote probleem voor veel mensen die leds willen gebruiken. Vrijwel alle vormen van elektriciteitsvoorziening zijn spanningsbronnen, zoals batterijen, adapters of computervoedingen; stroombronnen zijn niet los te koop. Een extra complicatie is dat een led zich weliswaar als een diode gedraagt en dus stroom in één richting kan doorlaten – maar niet bepaald een ideale diode. Zelfs in de doorlaatrichting moet er een bepaalde spanning (de nominale spanningsval) over de led staan voordat deze de gewenste stroom doorlaat.
Als je een led op een gewone spanningsbron aansluit en de spanning langzaam opvoert, zal er eerst bijna niets gebeuren. Pas wanneer de spanning in de buurt komt van de nominale spanningsval begint er stroom te lopen en gaat de led licht geven. Als de spanning daarna echter ook maar een klein beetje (een paar tiende volt) wordt verhoogd, neemt de stroom zeer snel toe, totdat de led kapot gaat. Dit is te zien in de volgende grafiek (voor een rode led):
De moraal van het verhaal is simpel: hang een led nooit zomaar aan een spanningsbron zoals een batterij of een adapter. Het ding zal meestal kapot gaan of domweg niets doen. Ja, het kan soms goed gaan, vooral bij lichte batterijen (die een relatief grote inwendige weerstand hebben); verder zijn er ook enkele uitzonderingen zoals knipperleds, die wel direct op een spanningsbron aangesloten kunnen worden. Deze laatste zijn echter geen simpele leds, maar bevatten een complete chip met knippercircuit en stroomregeling. Hier kunnen we dan ook niet verder op ingaan.
Een dergelijk exponentieel verband tussen spanning en stroom geldt in principe voor alle dioden; de exacte waarden van de nominale spanningsval en de stroom zijn echter sterk afhankelijk van het type diode. De meeste gewone leds worden aangestuurd met een stroom van maximaal 20 mA (milli-ampère), oftewel 0,02 ampère. De waarde van de nominale spanningsval is afhankelijk van de kleur van de led; bij rode leds is dit meestal zo'n 1,9 volt, bij gele en groene leds 2,0 respectievelijk 2,1 volt, en bij blauwe en witte leds 3,6 volt. Raadpleeg echter altijd de datasheets van een led als deze beschikbaar zijn, want zeker bij moderne, geavanceerdere typen leds kunnen deze waarden flink afwijken.
Gelukkig kun je de benodigde werkstroom heel eenvoudig opwekken door een weerstand in serie te zetten met een vaste spanningsbron. Een weerstand is zo ongeveer het eenvoudigste en goedkoopste elektronische onderdeel dat er bestaat; zoals de naam al aangeeft, levert het een bepaalde weerstand op voor de stroom die er doorheen loopt.
Je stuurt een led aan door een spanningsbron te nemen met een hogere spanning dan de nominale spanningsval van de led, en de weerstand zo te kiezen dat de gewenste stroom door de hele keten loopt. In de volgende pagina's leggen we uit hoe je de benodigde berekeningen uitvoert.