Het woord ‘led’ is een afkorting voor ‘light-emitting diode’. Een led is een diode die licht uitstraalt. Sommige mensen noemen het ook weel een lampje, maar dat is geen correcte benaming, en een led jeeft bovendien heel andere eigenschappen dan een ouderwetse gloeilamp.

Het symbool van een led

Polariteit

Een led sluit je aan in de juiste oriëntatie. Net zoals een diode zal deze geen stroom geleiden als deze in de verkeerde richting is aangesloten, en dan zal de led geen licht uitstralen. De led gaat niet stuk als je hem verkeerd om aansluit, je kunt makkelijk proberen of het werkt door hem even om te draaien.

Van de meeste leds is de anode(+) te herkennen doordat deze pin langer is dan de kathode(-). Ook heeft de led een platte kant aan de zijde van de kathode(-).


Om de led aan te zetten zal de anode(+) aan de positieve kant van de spanningsbron moeten worden aangesloten. De kathode(-) zal aan de negatieve kant moeten worden aangesloten.

Hoeveel volt?

Een led gedraagt zich anders dan veel andere componenten. Bij een aangesloten led meet je altijd eenzelfde voltage, en de stroomsterkte kan varieren. Wel moet minimaal de doorlaatspanning worden behaald, lees daarover meer bij de diode‘. Bij de verschillende kleuren verschilt deze spanning, bij een rode led is dat iets minder dan 2 volt.

kleur voltage
rood 1,8 volt
reel 2,2 volt
groen 3,5 volt
blauw 3,6 volt
wit 4,0 volt

 

Hoeveel stroom?

De srroomsterkte die er door de led zal lopen wordt bepaald door de rest van het circuit. als er te veel stroom door de led loopt, zal deze stuk gaan. Meestal reken je met 20 mA als stroomsterkte. In de praktijk zal 10 tot 30 mA prima werken. Bij een hogere stroom wordt de led snel heet en gaat hij stuk.

Dit hoef je niet te proberen: Als we een rode led aansluiten op een spanningsbron van 3,3 volt of 5 volt, die voldoende stroom kan geven, dan zal door de led veel meer stroom gaan lopen dn hij aan kan. Je voelt de led dan warm worden en hij brandt door.

Welke weerstand heb je nodig?

De spanning die over de weerstand staat wordt blijkbaar bepaald door de kleur van de led. We kunnen daar niets aan veranderen. Wel zullen we de stroomsterkte moeten beperken. We kunnen de stroomsterkte gemakkelijk regelen met behulp van een weerstand.

Bij de meeste leds rekenen we met een maximaal toegestane stroomsterkte van ongeveer 20 milliampère. We zetten een weerstand in serie met de led. Dat kan bijvoorbeeld volgens het schema van de afbeelding, met een spanningsbron van 3,3 volt aan de led, de andere kant van de led zit aan de weerstand, en de andere kant van de weerstand is verbonden aan de ground (GND) of de min.

De wet van Ohm helpt ons om te berekenen welke weerstand we kunnen gebruiken. Deze wet schrijf je zo:

Hier staat dat de spanning gelijk is aan de stroom maal de weerstand. Op dit moment willen we niet de spanning uitrekenen, en daarom noteren we de formule anders door links en rechts te delen door I. Zo krijgen we de formule voor de weerstand:

In de natuurkunde korten we spanning af met U, stroomsterkte met I en weerstand met R. De hierboven genoemde formule betekent eigenlijk het volgende:

Hier kunnen we de spanning van onze spanningsbron in volt invullen, en de gewenste stroomsterkte in ampère (1 ampère = 1000 milliampère). Hieruit bereken je de waarde voor onze weerstand, en dat getal ronden we af naar een waarde die lijkt op één van de weestanden die we in onze werkplaats hebben.

Interne weerstand

We hebben gemerkt dat we een led toch prima kunnen aansluiten op een goedkope knoopcelbatterij van 3,3 volt zonder dat we een weerstand moeten toevoegen. Dat werkt gewoon, en dat komt doordat de batterij zelf een interne weerstand heeft.

Een interne weeerstand zien we ook bij de uitgangen van de Arduino Nano. Ook daar laten we in de praktijk de weerstand vaak weg.

Eigenlijk heeft elk component een interne weerstand, zelfs onze snoeren. Van veel componenten valt echter de weerstandswaarde te verwaarlozen in vergelijking tot de andere componenten.

Van een knoopcelbatterij is de interne weerstand vrij hoog. Wanneer we hier direct een led aan aansluiten zal er dus weinig stroom lopen, en zal de led, als gevolg, niet stukgaan. Ook wanneer we een led direct aan een Arduino aansluiten zal deze niet stukgaan, dit komt doordat ook de Arduino een grote weerstand heeft. Echter wordt het voor de levensduur van zowel de led, als de Arduino, aangeraden om na te meten of er niet toch te veel stroom door de led loopt.

Een LiPo batterij is een voorbeeld van een bron met een lage interne weerstand. Een led zal, wanneer we hem direct aansluiten aan een LiPo batterij, echter wel direct stukgaan. Door de lage interne weerstand kunnen er grote stromen lopen.

Spiekbriefje, welke weerstand bij de leds

Het is niet nodig om telkens de weerstandswaarde opnieuw te berekenen die je nodig hebt. Hier zie je de weerstandswaardes die je hebt voor de meeste 3mm leds. Deze waardes zorgen dat er een optimale stroom zal lopen van circa 15 milliampère.

3,0 volt  –  200 ohm
3,3 volt  –  220 ohm
5,0 volt  –  330 ohm

In de werkplaats hebben we veel weerstanden van 100 ohm, 220 ohm, 1k ohm en 10k ohm. De spanningsbron is vaak 3 of 5 volt. Door te proberen controleren we welke weerstanden we kunnen gebruiken:

geen weerstand 100 ohm 220 ohm 1k ohm
3 volt knoopcel led werkt prima werkt prima werkt prima led gaat niet aan
Arduino Nano poort led werkt prima werkt prima werkt prima werkt iets minder fel
3 of 3.3 volt voeding led langzaam stuk werkt prima werkt prima led gaat net niet aan
5 volt voeding led is meteen stuk led langzaam stuk werkt prima werkt iets minder fel
Arduino Nano 5V pin led is meteen stuk led langzaam stuk werkt prima werkt iets minder fel

Kan je zelf nog even controleren of de antwoorden in deze tabel echt kloppen? Als er staat ‘werkt iets minder fel’, werkt het dan feller met een rode led of met een blauwe?

In een circuit!

In dit artikel zie je hoe je een led kunt gebruiken. In het lab ‘Hoe ontwerp je een circuit?’ kan je verder aan de slag om een circuit te ontwerpen, om de kennis te gebruiken die je net hebt geleerd van de led.

The word ‘LED’ is an abbreviation for ‘Light-Emitting Diode’. So a LED is a  diode that emits light. So it is actually a light-emitting diode. However, the LED does have other properties than the old-fashioned light bulb.

The symbol of a LED

Polarity

Like a diode, an LED must be connected in the correct orientation. If it is connected in the wrong direction, it will not conduct current, and therefore will not emit light. However, just like a diode, the led will not break.

Most LEDs will have the anode(+) recognized because this pin is longer than the cathode(-), also the led will have a flat side at the side of the cathode(-).


To turn on the LED, the anode(+) must be connected to the positive side of the power source. The cathode(-) will have to be connected on the negative side.

How many volts?

The voltage we have to put on a LED is a bit confusing. This is because, with LEDs, the current is especially important. However, at least the passage voltage (more information) must be exceeded. With a typical 3mm led, this will be around 2 volts. Theoretically, an LED has no maximum voltage.

So the voltage we put on the led does not need to be regulated, but we will have to regulate the current. For most 3mm LEDs, the maximum current will be around 20 milliamps. We can easily adjust the current using a resistor. For this, we use the circuit shown below. In this circuit, the VCC is the positive side of the voltage source, and GND is the negative side.

To calculate which value we want to use for the resistor, we can apply Ohm’s law. According to this law the following applies:

When we divide the left and right side of the =-sign by I, we get the following formula:

In physics we shorten voltage with U, current with I and resistance with R. So the above formula actually means the following:

In this formula, we can fill in the voltage of our voltage source in volts, and we can fill in the desired current in amperes (1 ampere = 1000 milliamps). The result of this formula will be the value we want to use for our resistor, calculated in ohms. However, we won’t be able to find the resistor with exactly this value, so we will have to choose the resistor with the value that is as close as possible.

Internal resistence

In our workshop, we often put LEDs directly on a button cell battery. But… …L at some point, the LED will break anyway… Without a resistor, too much current runs through the LED. According to the theory given above, the led should of course break, but in reality, this does not happen. This is because every voltage source has an internal resistance. In fact, every component, even our cords, has a resistor. So this means that even when we don’t use a resistor, our circuit will always have a resistor (in ohms). However, for many components, the resistance value is negligible, as it is very small.

However, the internal resistance of a button cell battery is quite high. When we directly connect a LED to it, there will be little current flowing, and as a result, the LED will not break. Also when we connect a LED directly to an Arduino, it will not break, this is because the Arduino also has a large resistor. However, for the lifetime of both the LED and the Arduino, it is recommended to measure if there is not too much current running through the LED.

A LED will, when we connect it directly to a LiPo battery, however, break down immediately. LiPo batteries have a very low internal resistance, meaning a lot of current will flow through them.

Cheat Sheet

Of course, it is a lot of work to recalculate the resistance value we need each time. For this reason, we have already calculated the resistance values you will need for a typical 3mm led. To be on the safe side, we have calculated these values to provide the LED with 15 milliamps.

3,0 volt  –  200 ohm
3,3 volt  –  220 ohm
5,0 volt  –  330 ohm

Its a circuit!

In this article, we learned how to work with a LED. But besides knowledge, experience is also very important. In the lab ‘How do you design a circuit?’ we learn how to design a circuit, in this project the knowledge we learned with this article also comes back.