Het woord ‘led’ is een afkorting voor ‘light-emitting diode’. Een led is dus een diode die licht uitstraalt. Het is dus eigenlijk een lampje. Echter heeft de led wel andere eigenschappen dan het ouderwetse gloeilampje.

Het symbool van een led

Polariteit

Een led moet net als een diode in de juiste oriëntatie worden aangesloten. Wanneer deze in de verkeerde richting is aangesloten zal deze geen stroom geleiden, en dus geen licht uitstralen. De led zal hier echter, net als een diode, niet stuk van gaan.

Van de meeste leds is de anode(+) te herkennen doordat deze pin langer is dan de kathode(-), bovendien zal de led ook een platte kant aan de zijde van de kathode(-) hebben.


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?

Welke spanning we op een led moeten zetten is wat verwarrend. Dit komt doordat, bij leds, de stroomsterkte vooral van belang is. Wel moet minimaal de doorlaatspanning(meer informatie) worden overschreden. Dit zal bij een typische 3mm led rond de 2 volt liggen. Een led heeft daarbij, theoretisch gezien, geen maximale spanning.

De spanning die we op de led zetten hoeft dus niet geregeld te worden, echter zullen we de stroomsterkte wel moeten regelen. Voor de meeste 3mm leds zal de maximale stroomsterkte rond de 20 milliampère liggen. We kunnen de stroomsterkte gemakkelijk regelen met behulp van een weerstand. Hiervoor gebruiken we dus het circuit wat hieronder is afgebeeld. Hierin is de VCC de positieve kant van de spanningsbron, en GND de negatieve kant.

Om te berekenen welke waarde we voor de weerstand willen gebruiken kunnen we de wet van Ohm toepassen. Volgens deze wet geldt het volgende:

Wanneer we de linker en de rechterkant van het =-teken delen door I, krijgen we de volgende formule:

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

In deze formule kunnen we de spanning van onze spanningsbron in volt invullen, en kunnen we de gewenste stroomsterkte in ampère(1 ampère = 1000 milliampère) invullen. De uitkomst van deze formule zal de waarde zijn die we voor onze weerstand willen gebruiken, berekend in ohms. Echter zal de weerstand met precies deze waarde niet te vinden zijn, we zullen dus de weerstand moeten kiezen met de waarde die zo veel mogelijk in de buurt zit.

Interne weerstand

In onze werkplaats zetten we leds vrij vaak direct op een knoopcelbatterij. Maar… de led zou toch stuk moeten gaan… zonder weerstandje loopt er toch te veel stroom door de led. Volgens de theorie die hierboven gegeven wordt, zou de led uiteraard kapot moeten gaan, maar in werkelijkheid gebeurt dit niet. Dit komt doordat elke spanningsbron een interne weerstand heeft. Sterker nog, elk component, zelfs onze snoeren, heeft een weerstand. Dit betekend dus dat ons circuit, zelfs wanneer we geen weerstandje gebruiken, altijd een weerstand (in ohms) zal hebben. Van veel componenten valt echter de weerstandswaarde te verwaarlozen, deze is voor de meeste componenten namelijk zeer klein.

Van een knoopcelbatterij is de interne weerstand wel 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 led zal, wanneer we hem direct aansluiten aan een LiPo batterij, echter wel direct stukgaan. LiPo batterijen hebben namelijk een hele lage interne weerstand, waardoor er veel stroom zal lopen.

Spiekbriefje

Het is natuurlijk veel werk om telkens de weerstandswaarde die we nodig hebben opnieuw te berekenen. Om deze reden hebben we de weerstandswaardes die je nodig zal hebben voor een typische 3mm led al voor je uitgerekend. Om aan de veilige kant te zitten hebben we deze waardes uitgerekend om de led van 15 milliampère te voorzien.

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

In een circuit!

In dit artikel hebben we geleerd hoe we met een led werken. Maar naast kennis is ervaring ook heel belangrijk. In het lab ‘Hoe ontwerp je een circuit?’(nog in ontwikkeling) leren we hoe we een circuit ontwerpen, in dit project komt ook de kennis die we met dit artikel hebben geleerd terug.