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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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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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