Leuchtdiode

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Standard Bauform

Leuchtdioden (Lumineszenzdiode) oder auch LED abgekürzt (light emitting diodes) basieren auf Halbleiterverbindungen, die den Strom direkt in Licht umwandeln. Bezogen auf Größe, Effektivität, Haltbarkeit und Lebensdauer verhalten sich die Leuchtdioden zu konventionellen Glühlampen wie Halbleiterdioden zu Röhrendioden. Sie werden die Beleuchtungstechnik in ähnlicher Weise verändern, wie die Halbleitertechnologie schon die Elektronik verändert hat.

Ein großer Vorteil ist die hohe Leuchtkraft bei geringer Stromstärke. Daher werden LEDs fast in allen elektronischen Geräten zur Anzeige von Signalen/Zuständen genutzt. Gerade ist auch die neue weisse LED dabei sogar der Glühlampe etwas Konkurrenz zu machen.

Gewöhnlich werden LED mit 20 mA betrieben. Bei der „SuperFlux LED“ und der „Luxeon“ von Lumileds ist der Betriebsstrom höher, nämlich 70 mA und 350 mA. Dagegen gibt es auch Low-Typen die bereits ab 2mA arbeiten. Die Helligkeit ist ungefähr proportional zum Strom. Die Durchlassspannung hängt direkt von der Bandlücke ab und damit von der Lichtfarbe. Die Betriebsspannungen betragen 2V bis 4V. Der durch die Diode fließende Strom ist von der angelegten Spannung abhängig. Wegen des hohen Dotierungsunterschieds an der Sperrschicht vertragen Leuchtdioden nur geringe Sperrspannung von ca. 5 V. Wenn eine LED also an der Kathode positive Spannung abbekommt muss eine Diode antiparallel eingesetzt werden.

Es ist eine große Vielfalt von Bauformen lieferbar. Neben diversen Metall-/Glas-Gehäusen werden hauptsächlich Plastikbauformen eingesetzt. Hier setzt der Kunststoffkörper zum einen den Grenzwinkel der Totalreflexion an der Chipoberfläche herab und erhöht damit die aus dem Kristall austretende Strahlungsleistung, zum anderen wirkt die gekrümmte Oberfläche als Linse und bündelt die Strahlung in Achsrichtung. Sie sind problemlos in großen Stückzahlen zu fertigen.

Je nach Verlötungsverfahren wird bei elektronischen Bauteilen zwischen den auf der Rückseite der Platine verlöteten und den SMD (Surface Mounted Device) Bauformen unterschieden. Auch LED werden in beiden Bauformen angeboten.

Praxistip: An einer Spannung von 5V (auch Digitalports) werden Leuchtdioden gewöhnlich mit einem Widerstand von min. 330 Ohm bis 1000 Ohm (je nach gewünschter Leuchtstärke) betrieben.

Berechnung des Vorwiderstandes: Zur Berechnung des Vorwiderstandes benutzt man das Ohmsche Gesetz. Die [math](Versorgunsspannung-Durchlassspannung)/Durchlassstrom[/math] Beispiel: Eine LED braucht 20mA und 2V. Unsere Versorgungsspannung hat 9V. Setzt man das in die Formel ein bekommt man heraus: 350Ohm Da es die meisten errechneten Widerstände nicht gibt nimmt man sicherheitshalber den nächst höheren. Beim Rechnen sollte man immer in den Grundeinheiten Ampere, Volt und Ohm bleiben. Man rechnet also nicht mit 20mA, sondern mit 0,02A.