LED yang saya gunakan membutuhkan voltase yang lebih tinggi daripada yang saya berikan, dan hasilnya, itu tidak menyala sama sekali.

Saya harapkan setidaknya cahaya redup, tetapi cahaya tidak dihasilkan.

Mengapa perilaku "jika tidak ada level tegangan yang diperlukan tidak ada cahaya"? Apa yang terjadi di dalam LED?

LED tidak berfungsi seperti bola lampu biasa (pijar).

Perbedaan utama (sedikit disederhanakan untuk pemula):

• Mereka memiliki polaritas, maka mereka harus didukung menggunakan DC yang menghormati polaritas itu. Membalik polaritas dan mereka tidak akan bekerja. Anda juga dapat merusaknya jika Anda menerapkan lebih dari ~ 4V-5V ke arah sebaliknya (ini adalah nilai aman; nilai maksimum yang dapat ditoleransi tergantung pada perangkat tertentu).

• Emisi cahaya dimulai hanya jika tegangan tertentu tercapai (ambang tegangan), di bawah tegangan itu emisi dapat diabaikan. Oleh karena itu, jika Anda memiliki baterai yang tegangannya di bawah ambang batas tegangan LED, Anda kurang beruntung, kecuali jika Anda menggunakan sirkuit yang lebih rumit (misalnya pencuri Joule atau konverter DC-DC tambahan) untuk memberi daya pada LED.

• Setelah tegangan ambang batas tercapai, setiap kenaikan voltase yang sangat sedikit membuat LED melakukan banyak hal, yaitu menyerap arus yang sangat besar . Oleh karena itu Anda memerlukan resistor secara seri untuk membatasi arus ke batas aman. Ada pertanyaan / jawaban lain di situs ini yang menjelaskan cara menghitung nilai resistor pembatas.

• Setelah melakukan, intensitas cahaya yang dipancarkan kira-kira sebanding dengan arus (bukan tegangan) yang mengalir di dioda (sehingga Anda mendapatkan LED yang lebih terang jika Anda menurunkan nilai resistor pembatas). Ini hingga batas maksimum arus LED. Setelah batas itu tercapai, perangkat menjadi POOF !

Anda juga bertanya mengapa semua ini terjadi, tetapi jawabannya cukup kompleks, karena itu tergantung pada struktur fisik kristal semikonduktor di dalam dioda. Penjelasan fisiknya terletak pada mekanika kuantum dan fisika solid-state, subjek yang sangat tangguh.

The artikel Wikipedia pada LED hanya goresan permukaan kerja internal dari LED dan masih cukup kompleks.

Saya melihat Lorenzo telah menjawab pertanyaan Anda secara langsung (+1). Inilah yang dapat Anda lakukan untuk menyalakan LED Anda dan melihat apa yang Anda miliki.

LED adalah dioda, jadi lakukan hanya dalam satu arah. Tidak seperti bola lampu biasa, orientasi itu penting. Jika LED tidak menyala satu arah, balikkan dan coba lagi.

Untuk bereksperimen dengan aman dengan hampir semua LED, gunakan suplai 5 V dengan setidaknya 180 series seri. Menggunakan resistensi yang lebih tinggi berfungsi, tetapi akan menyalakan LED lebih redup. Bahkan dengan seri 1 kΩ, Anda masih dapat melihat LED cahaya tampak apa pun di dalam ruangan.

Alasan untuk menggunakan pasokan 5 V adalah untuk membatasi tegangan balik melintasi LED ketika terhubung ke belakang. Kebanyakan LED dapat berdiri setidaknya 5 V terbalik.

LED cahaya tampak akan turun minimum 1,8 V. Sehingga daun (5 V) - (1,8 V) = 3,2 V melintasi resistor. Hampir setiap LED dapat menangani arus maju 20 mA. Menurut hukum Ohm, (3,2 V) / (20 mA) = 160 Ω. Saya katakan 180 Ω minimum untuk margin kecil dan karena itu adalah nilai umum.

Tegangan maju LED tergantung pada warna. LED hijau umum turun sekitar 2,1 V, misalnya. LED "Putih" biasanya benar-benar LED UV dengan fosfor yang memancarkan kembali dalam spektrum yang terlihat. Itu bisa turun sekitar 3,5 V.

Dengan resistor 200 Ω dan LED 3,5 V, Anda mendapatkan (1,5 V) / (200 Ω) = 7,5 mA. LED seperti itu masih akan menyala cukup dengan 7,5 mA melalui itu, bahkan jika itu bisa menangani 20 mA atau lebih.

Setelah Anda menyalakan LED, Anda dapat mengukur tegangan maju, kemudian menyesuaikan resistor untuk memungkinkan arus maksimum dengan tegangan maju itu. Asumsikan maksimum adalah 20 mA kecuali Anda memiliki datasheet dan dikatakan sebaliknya.

Penjelasan fisika

Bola lampu

Lampu pijar sebenarnya bukan sumber cahaya seperti elemen pemanas . Setiap arus melalui kawat memanaskannya sedikit ; setelah kawat berada di atas suhu kamar, ia memancarkan energi bersih melalui radiasi benda hitam . Tingkat di mana energi ini dipancarkan tergantung pada kekuatan suhu keempat , yaitu semakin tinggi suhu semakin cerah ^† . Dan semakin banyak arus (atau ekivalen ^‡ lebih banyak tegangan), semakin tinggi suhu kawat.

Proses fisik mendasar di balik emisi cahaya benda hitam adalah ini: atom-atom dalam bahan yang hangat diguncang oleh gerakan termal. Gerakan ini benar-benar kacau, sehingga bahkan jika energi rata-rata per atom agak rendah, setiap sesekali atom di permukaan akan mendapat dorongan dari beberapa tetangga dan dengan demikian mengumpulkan energi yang cukup sehingga dapat memancarkan foton yang terlihat (setidaknya Joule). Tetapi jauh lebih sering, itu hanya akan memiliki energi yang cukup untuk memancarkan foton inframerah yang tidak terlihat.$2.6\times10^{-19}$

LED

Sebaliknya, LED memompa atom secara langsung ke energi yang diperlukan untuk memancarkan cahaya tampak. Mereka melakukan ini dengan memanfaatkan celah pita semikonduktor secara cerdik . Itu fitur mekanika kuantum kristal seperti silikon, yang "melarang" elektron memiliki energi dalam kisaran tertentu. Anda kemudian mengambil sepotong semikonduktor yang telah didoping sehingga elektron konduktansi semua di atas celah pita, dan satu di mana mereka semua di bawah celah pita. Kemudian, ketika arus mengalir melintasi persimpangan, setiap elektron kehilangan jumlah energi yang tepat untuk membangkitkan atom untuk menghasilkan foton dengan energi yang tepat agar terlihat - lagi, untuk lampu merah ini sekitar Joule.$2.6\ldots3.2\times10^{-19}$

Hanya ... mengapa elektron terus melewati persimpangan? Setelah sebuah elektron telah melintasi persimpangan, itu tidak akan cenderung untuk naik melintasi celah pita lagi; yang membutuhkan energi yang tidak dimiliki elektron. ... Kecuali jika Anda memberinya energi dari sumber eksternal: setiap volt yang Anda terapkan ke sirkuit dapat memasok elektron dengan energi , jumlah yang oleh fisikawan sebut saja volt elektron . Jadi, ketika Anda menerapkan tegangan ke LED yang celah pita-nya memiliki energi , Anda dapat mengikuti arus. Tegangan ini tidak benar-benar tergantung pada seberapa banyak U U × $1.6\times10^{-19}\:\mathrm{J}$$U$$U\times1\:\mathrm{eV}$saat ini benar-benar melewati LED, oleh karena itu kecerahan tidak dapat secara efektif diatur dengan mengubah-ubah tegangan - Anda perlu mengatur arus sebagai gantinya. Dan jika tegangan turun di bawah celah pita, arus hanya akan berhenti sepenuhnya, karena elektron konduktansi tidak akan masuk ke domain n- doped sama sekali lagi.

^† _{Itu agak terlalu sederhana: Stefan-Boltzmann menggambarkan intensitas yang terintegrasi pada seluruh spektrum elektromagnetik. Hanya pita sempit yang benar-benar terlihat (itulah sebabnya cahaya pijar jauh lebih efisien daripada LED). Karena panjang gelombang intensitas puncak juga tergantung pada suhu , kecerahan sebenarnya terkait tidak hanya dengan tetapi untuk hubungan yang lebih rumit, tetapi masih: suhu yang lebih tinggi selalu sesuai dengan cahaya yang lebih terang.$T^4$}

^‡ _{Demikian pula, hukum Ohm tidak sepenuhnya benar di sini karena resistivitas tergantung pada suhu. Tetapi ketergantungan kualitatif, tegangan tinggi, daya listrik lebih tinggi, masih berlaku.}

Anda baru saja mendapat pelajaran tentang bagaimana LED bersifat non-linear .

Lampu pijar adalah linier setelah menyala . Linear artinya berfungsi seperti resistor: arus gambar sebanding dengan tegangan: setengah tegangan, setengah arus, 1/4 daya. Lampu pijar akan melakukan apa yang Anda harapkan.

LED memiliki kurva arus tegangan yang sangat curam: perubahan kecil pada tegangan menghasilkan perubahan besar pada arus gambar. Anda berada di bagian bawah grafik itu, karenanya tidak ada cahaya.

Kurva yang curam membuat LED sangat gelisah, perubahan tegangan kecil menghasilkan perubahan arus yang besar (dan merusak). Lebih buruk lagi, kurva berubah berdasarkan suhu, binning dan usia. Jadi LED dinilai pada arus tertentu daripada tegangan. Untuk indikator, Anda dapat membatasi arus dengan resistor. Untuk penerangan, di mana Anda memerlukan kinerja puncak, yang terbaik adalah menggunakan rangkaian driver aktif untuk mengatur arus ke spesifikasi.

Sirkuit semacam itu juga memungkinkan untuk meningkatkan atau mengurangi tegangan pasokan agar sesuai dengan LED. Pencuri Joule adalah sirkuit sederhana yang memecahkan masalah mengemudi LED pencahayaan dengan baterai 1.5V tunggal.

Untuk apa nilainya, itu lebih buruk dengan jenis cahaya ketiga, pencahayaan pelepasan busur: neon, neon, logam halida, uap merkuri, dan natrium tekanan tinggi / rendah. Mereka adalah isolator hingga tegangan tertentu ketika busur menyerang ... Setelah itu mereka hampir mati pendek. Pembatasan saat ini adalah wajib.

Sedikit latar belakang tentang semikonduktor ...

Silikon murni (atau germanium) adalah isolator. Kotoran ditambahkan untuk membuat bahan tipe "P" atau "N". Ketika ini bersebelahan (dalam PN diode atau LED), kotoran secara efektif membatalkan satu sama lain , meninggalkan Anda dengan lapisan " murni " kecil - yang bertindak sebagai isolator.

Jika Anda menghubungkan daya dengan cara yang salah , lapisan menjadi lebih tebal dan lebih kuat - sampai Anda merusak perangkat. (Varicaps menggunakan prinsip ini untuk membuat kapasitor variabel - ketebalan insulasi bertindak seperti jarak antara pelat kapasitor)

Ketika Anda menghubungkan daya dengan cara yang benar , lapisan menjadi lebih tipis sampai perangkat akhirnya melewati arus. Ketika itu akhirnya terjadi, LED Anda akan mulai bersinar.

Satu catatan terakhir: Dimungkinkan untuk menyalakan LED hanya dengan sumber 1.5V: gunakan sirkuit "peningkatan" tegangan. Sirkuit yang paling umum disebut Pencuri Joule .

Penurunan tegangan mereka (~ 2 V) lebih tinggi dari tegangan suplai (1,5 V). Jika tegangan suplai lebih rendah dari drop tegangan, dioda apa pun (termasuk LED) tidak bekerja sama sekali.

Selain jawaban di sini, ada baiknya juga menunjukkan bahwa setiap LED berbeda (bahkan berdasarkan warna). Mereka semua memiliki voltase 'aktivasi' yang sedikit berbeda dan batas pemutusan.

Cara yang benar untuk memastikan bahwa Anda tidak akan meledakkan LED Anda sembari memastikan bahwa Anda dapat mengharapkan cahaya adalah dengan melihat lembar data untuk LED Anda.

Menggunakan datasheet akan memberi Anda pengalaman penting di

1. Menemukan lembar data tersebut
2. Membaca & memahami mereka

Untuk memulai, inilah yang acak untuk LED putih dari atas google; yang mungkin sedikit lebih kompleks daripada kebanyakan LED karena "putih" bukan warna di tanah LED.

Ada sejumlah besar informasi di dalamnya, dan jika Anda tidak memahaminya, saya sarankan Anda mencoba, dan kemudian posting pertanyaan lagi bertanya tentang bagian tertentu yang Anda tidak mengerti.